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论EDA技术的现在与未来

来源:世界电子元器件?? 2007年10月18日 ?? 收藏0

  引言

  二十世纪后半期,随着集成电路和计算机的不断发展,电子技术面临着严峻的挑战。由于电子技术发展周期不断缩短,专用集成电路(ASIC)的设计面临着难度不断提高与设计周期不断缩短的矛盾.

  为了解决这个问题,要求我们必须采用新的设计方法和使用高层次的设计工具.在此情况下,EDA(Electronic Design Automation即电子设计自动化)技术应运而生。

  随着电子技术的发展及缩短电子系统设计周期的要求,EDA技术得到了迅猛发展。

  EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关的开发软件,自动完成用软件的方法设计电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。

  EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展,经历了三个发展阶段,即:20世纪70年代发展起来的CAD技术;2

0世纪80年代开始应用的CAE技术;20世纪90年代后期,出现的以硬件描述语言、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术,这时的EDA工具不仅具有电子系统设计的能力,而且能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力,具有高级抽象的设计构思手段。

  EDA技术涉及面广,内容丰富,从教学和实用的角度看,主要有以下四个方面内容:(1)大规模可编程逻辑器件;(2)硬件描述语言;(3)软件开发工具;(4)实验开发系统。其中,大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体;硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段;软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化、自动化设计工具;实验开发系统是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。

  随着现代半导体的精密加工技术发展到深亚微米(0.18~0.35um)阶段,基于大规模或超大规模集成电路技术的定制或半定制ASIC(Application Specific IC即专用集成电路)器件大量涌现并获得广泛的应用,使整个电子技术与产品的面貌发生了深刻的变化,极大地推动了社会信息化的发展进程。而支撑这一发展进程的主要基础之一,就是EDA技术。

  可编程逻辑器件

  可编程逻辑器件是近几年才发展起来的一种新型集成电路,是当前数字系统设计的主要硬件基础,是硬件编程语言HDL物理实现工具。可编程逻辑器件对数字系统设计自动化起着推波助澜的作用,可以说,没有可编程逻辑器件就没有当前的数字电路自动化。目前,由于这种以可编程逻辑器件为原材料.从“制造自主芯片”开始的EDA设计模式己成为当前数字系统设计的主流,若要追赶世界最先进的数字系统设计方法,就要认识并使用可编程逻辑器件。

  数字集成电路本身在不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC,几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是,随着微电子技术的发展,设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片,而且希望ASIC的设计周期尽可能短,最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片,并且立即投入实际应用之中,因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD),其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

  可编程逻辑器件正处于高速发展的阶段。新型的FPGA/CPLD规模越来越大,成本越来越低。高性价比使可编程逻辑器件在硬件设计领域扮演着日益重要的角色。低端CPLD已经逐步取代了74系列等传统的数字元件,高端的FPGA也在不断地夺取ASIC的市场份额,特别是目前大规模FPGA多数支持可编程片上系统(SOPC),与CPU或DSP Core的有机结合使FPGA已经不仅仅是传统的硬件电路设计手段,而逐步升华为系统级实现工具。

  硬件描述语言HDL

  HDL是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言。目前利用硬件描述语言可以进行数字电子系统的设计。随着研究的深入,利用硬件描述语言进行模拟电子系统设计或混合电子系统设计,也正在探索中。

  硬件描述的语言种类很多,有的从PASCAL发展而来,也有一些从C语言发展而来。有些HDL成为IEEE标准,但大部分是本企业标准。HDL发展的技术源头是:在HDL形成发展之前,已有了许多程序设计语言,如汇编、C、PASCAL、FORTRAN、PROLOG等。这些语言运行在不同硬件平台、不同的操作环境中,它们适合于描述过程和算法,不适合作硬件描述。在利用EDA工具进行电子设计时,逻辑图、分立电子元件作为整个越来越复杂的电子系统的设计已不适用。任何一种EDA工具,都需要一种硬件描述语言作为EDA工具的工作语言。表1给出了常见HDL语言的主要特点和常用EDA平台列表。


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