EDA课程综述.doc

课 程 综 述

课程名称 在系统编程技术
任课教师 查长军
班级 09通信(2)班
姓名 蒋云伟
学号 0905072045
日期 2012.5.28

EDA技术课程综述

前 言：
随着基于PLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入,EDA技术在电子信息、通信、自动控制以及计算机应用等领域的重要性日益突出。随着技术时长与人才市场对EDA的需求不断提高，产品的市场效率和技术要求也必然会反映到教学和科研领域中来。EDA 技术即电子设计自动化 ( Electronic DesignAutomation) 技术, EDA 技术是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术, 与电子技术、微电子技术的发展密切相关。同时它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果, 以计算机作为基本工作平台, 利用计算机图形学、拓扑逻辑学、计算数学以至人工智能学等多种计算机应用学科的最新成果而开发出来的一整套电子 CAD 通用软件工具, 是一种帮助电子设计工程师从事电子组件产品和系统设计的综合技术。
本文从EDA技术的发展历史，发展现状以及未来的发展趋势全方位的展示EDA 技术的优势和一些前沿科技应用，以此来更好的展示EDA技术的魅力。本文撰写的目的：①通过搜集文献资料过程，可进一步熟悉本学科领域文献的查找方法和资料的积累方法；在查找的过程中同时也扩大了知识面；②查找文献资料、写课程综述是科研选题及进行科研的第一步，因此学习文献综述的撰写也是为今后科研活动打基础的过程； ③通过综述的写作过程，能提高归纳、分析、综合能力，有利于独立工作能力和科研能力的提高。
正 文：
一、EDA技术的的概述：
电子设计技术的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。EDA技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段。70年代为计算机辅助设计（CAD）阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。80年代为计算机辅助工程（CAE）阶段。与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输人，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。90年代为电子系统设计自动化（EDA）阶段。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的通用软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件，这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。
EDA是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段，可以使用EDA中的仿真工具论证设计的正确性；在芯片设计阶段，可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图；在电路板设计阶段，可以使用EDA中电路板设计工具设计多层电路板。特别是支持硬件描述语言的EDA工具的出现，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制造[5]。21世纪将是EDA技术的高速发展期，EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。  
　　硬件描述语言 : 硬件描述语言(HDL)是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言，它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。 常用硬件描述语言有HDL、verilog和VHDL语言。
二、EDA技术的发展历史：
在计算机技术的推动下，二十世纪末，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地对动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。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，要求电子工程师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技术应运而生。回顾近 30年电子设计技术的发展历程, 可将 EDA 技术由浅到深分为 CAD 阶段、CAE 阶段、ESDA 阶段这 3个阶段。
(1) CAD 阶段。20世纪 70年代, 随着中小规模集成电路的开发应用, 传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法已无法满足设计精度和效率的要求, 因此工程师们开始进行二维平面图形的计算机辅助设计, 以便解脱繁杂、机械的版图设计工作, 这就产生了第 1代 EDA 工具———CAD(计算机辅助设计)。这是 EDA 发展的初级阶段, 其主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑, PCB 布同布线。它可以减少设计人员的繁琐重复劳动, 但自动化程度低, 需要人工干预整个设计过程。这类专用软件大多以微机为工作平台, 易于学用, 设计中小规模电子系统可靠有效, 现仍有很多这类专用软件被广泛应用于工程设计。
(2) CAE 阶段。20世纪 80年代, 为适应电子产品在规模和制作上的需要, 应运出现了以计算机仿真和自动布线为核心技术的第 2代 EDA 技术, 即 CAE 计算机辅助工程设计阶段。这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心, 重点解决电路设计的功能检测等问题, 使设计能在产品制作之前预知产品的功能与性能,已经具备了自动布局布线、电路的逻辑仿真、电路分析和测试等功能, 其作用已不仅仅是辅助设计, 而且可以代替人进行某种思维。与 CAD 相比, CAE 除了纯粹的图形绘制功能外, 又增加了电路功能设计和结构设计, 并且通过电气连接网络表将两者结合在一起, 从而实现工程设计。
(3) ESDA 阶段。20世纪 90年代, 尽管 CAD/CAE 技术取得了巨大的成功, 但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中, 自动化和智能化程度还不高, 各种 EDA 软件界面千差万别, 学习使用比较困难, 并且互不兼容, 直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足, EDA 技术继续发展, 进入了以支持高级语言描述、可进行系统级仿真和综合技术为特征的第 3 代 EDA 技术———ESDA 电子系统设计自动化阶段。这一阶段采用一种新的设计概念自顶而下 ( Top- Down) 的设计程式和并行工程(ConcurrentEngineering) 的设计方法, 设计者的精力主要集中在所要电子产品的准确定义上, EDA 系统去完成电子产品的系统级至物理级的设计。ESDA 极大地提高了系统设计的效率, 使广大的电子设计师开始实现“ 概念驱动工程”的梦想。设计师们摆脱了大量的辅助设计工作, 而把精力集中于创造性的方案与概念构思上, 从而极大地提高了设计效率,使设计更复杂的电路和系统成为可能, 产品的研制周期大大缩短。
三、EDA技术的现状：
电子设计技术经历了从应用分离元件，SS1、MS1到LS1、VS1的发展过程，其间有许多变革和创新。直到微控制器（MCU）的广泛应用，克服了纯数字电路系统许多不可逾越的困难，它只要配以一定程序（通常固化于EPROM）和一些附属电路，原则上可以实现任意复杂的逻辑功能，它使得电子系统的智能化水平在深度和广度上都产生了质的飞跃，使应用SS1通用数字电路芯片构成电路系统，成为历史。随着社会经济发展的延伸，各类新型电子产品的开发提出了更高的要求，FPGA/CPLD器件在EDA基础上的应用，从某种意义上说，新的电子系统运转的物理机制又将回到原来的纯数字电路结构，但这是一次更高层次的循环，它在更高层次上容纳了过去数字电路技术的优秀部分，对MCU系统则是一种扬弃，但在电子设计的技术操作和系统构成的整体上却发生了质的飞跃，如果说MCU在逻辑的实现上是无限的话，那么高速发展的FPGA/CPLD不但包括了MCU这一特点，并兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性以及宽口径实用性等诸多方面的特点。特别是软/硬IP芯核产业的迅猛发展，嵌入式通用与CPLD和FPGA器件的出现，片上系统已近在咫尺。
现在EDA 技术应用比较广泛, 包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域都有 EDA 的应用。目前, EDA 技术已在产品设计与制造、教学和科研部门广泛使用, 发挥着巨大的作用。在产品设计与制造方面, EDA 技术可实现前期的计算机仿真、系统级模拟及测试环境的仿真、PCB 的制作、电路板的焊接、ASIC 的设计等。
在教学方面, 高校电子类专业的实践教学中, 几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了 EDA 课程。主要是让学生了解 EDA 的基本原理和基本概念, 掌握描述系统逻辑的方法, 使用凹 ID/ 5PGA 器件进行电子电路课程的模拟仿真实验, 并在作毕业设计时从事简单电子系统的设计, 既使实验设备或设计出的电子系统具有高可靠性, 又经济、快速, 容易实现,修改便利,同时可大大提高学生的实践动手能力、创新能力和计算机应用能力,为今后工作打下基础。具有代表性的是全国每两年举办一次大学生电子设计竞赛活动。
在科研和新产品开发中, 0)U)/5PGA 可直接应用于小批量产品的芯片或作为大批量产品的芯片前期开发。传统机电产品的升级换代和技术改造, 0)U)/5PGA 的应用可提高传统产品的性能, 缩小体积, 提高技术含量和产品的附加值。它主要利用电路仿真工具(EW B 或 PSPICE、VLOL 等)进行电路设计与仿真; 利用虚拟仪器进行产品调试; 将 O)LI)/ FPGA器件的开发应用到仪器设备中。例如在 CDMA 无线通信系统中, 所有移动手机和无线基站都工作在相同的频谱, 为区别不同的呼叫, 每个手机有一个唯一的码序列, CDMA 基站必须能判别这些不同观点的码序列才能分辨出不同的传呼进程; 这一判别是通过匹配滤波器的输出显示在输人数据流中探调到特定的码序列; FPGA 能提供良好的滤波器设计, 而且能完成 DSP高级数据处理功能, 因而 FPGA 在现代通信领域方面获得广泛应用。在产品设计与制造方面, 从高性能的微处理器、数字信号处理器, 一直到彩电、音响和电子玩具电路等, EDA 技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试, 而且也在电子设备的研制与生产、电路板的焊接等方面有着重要的作用。可以说电子 EDA 技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。
四、EDA 技术的未来发展展望：
EDA技术在进入21世纪后，由于更大规模的FPGA器件的不断推出，在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断更新、增加，使电子EDA技术得到了更大的发展。电子技术全方位纳入EDA领域，EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，突出表现在以下几个方面：使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能；基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块；软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；soc高效低成本设计技术的成熟。随着半导体技术、集成技术和计算机技术的迅猛发展，电子系统的设计方法和设计手段都发生了很大的变化。可以说电子EDA技术是电子设计领域的一场革命。传统的“固定功能集成块十连线”的设计方法正逐步地退出历史舞台，而基于芯片的设计方法正成为现代电子系统设计的主流。作为高等院校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和掌握这一先进技术是势在必行，这不仅是提高设计效率的需要，更是时代发展的需求，只有掌握了EDA技术才有能力参与世界电子工业市场的竞争，才能生存与发展。随着科技的进步，电子产品的更新日新月异，EDA技术作为电子产品开发研制的源动力，已成为现代电子设计的核心。所以发展EDA技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命，同时也对电类课程的教学和科研提出了更深更高的要求。特别是EDA技术在我国尚未普及，掌握和普及这一全新的技术，将对我国电子技术的发展具有深远的意义。
总 结：
为时一个学期的EDA课程已经结束了，此次课程综述的过程也是对所学课程的再一次回顾，通过该课程的学习我们初步了解了EDA技术的基础知识和一些简单的应用，不仅有理论知识的学习，还有我们自己动手的实验课程，在连续的按照实验指导书上的提示完成实验之后，最后一次的实验内容为亲手实现的一个简单的EDA小设计，使得我们能够将理论知识密切的与实际操作能力紧密的联系在一起。当然，在整个理论课程的学习与实验课程的操作中，要感谢查老师对我们的指导与教诲，才使得我们能够顺利地完成没一个实验内容。
21世纪将是 EDA 技术的高速发展阶段。随着科技的进步, 电子产品的更新日新月异, EDA 技术作为电子产品开发研制的源动力, 已成为现代电子设计的核心, 每年都有新的EDA 工具问世。然而, EDA 技术在我国尚未普及, 应用的水平长期落后于发达国家。因此, 作为高等院校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和掌握这一先进技术已势在必行, 这不仅是提高设计效率的需要, 更是我国电子工业在市场上生存、竞争与发展的需求。掌握和普及这一全新的技术, 将对我国电子技术的发展具有深远的意义。
作为通信工程专业的我们，学习EDA技术并不只限于在学校在课堂。要知道，想要学好一门技术首先必须对它产生兴趣，当你在有了兴趣的前提下刻苦钻研，并且需要多动手实践才可以学好学精。而EDA技术的初步掌握对我们即将面临的就业可能会有很大帮助。这样，我们在掌握了一门技术的同时也使自己的各方面能力得到了提高，总体来说，这门课程真的让我获益匪浅。
参考文献：
[1] 潘松，黄继业.EDA技术实用教程.北京：科学出版社，2002年.
[2] 焦素敏.《EDA 应用技术》.北京: 清华大学出版社, 2005 年.
[3] 黄继业.EDA技术使用教程.北京：科学出版社，2006年.
[4] 侯继红,李向东. EDA 实用技术教程[M] . 北京:中国电力出版社,2004年.