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EDA技术发展趋势[1]

来源:九壹网
1.1 EDA技术发展趋势

面对当今飞速发展的电子产品市场,设计师需要更加实用、快捷的EDA工具,使用统一的集成化设计环境,改变传统设计思路,将精力集中到设计构思、方案比较和寻找优化设计等方面,需要以最快的速度,开发出性能优良、质量一流的电子产品,对EDA技术提出了更高的要求。未来的EDA技术将在仿真、时序分析、集成电路自动测试、高速印刷电路板设计及开发操作平台的扩展等方面取得新的突破,向着功能强大、简单易学、使用方便的方向发展。

1.1.1 可编程逻辑器件发展趋势

可编程逻辑器件已经成为当今世界上最富吸引力的半导体器件,在现代电子系统设计中扮演着越来越重要的角色。过去的几年里,可编程器件市场的增长主要来自大容量的可编程逻辑器件CPLD和FPGA,其未来的发展趋势如下:

(1)向高密度、高速度、宽频带方向发展

在电子系统的发展过程中,工程师的系统设计理念要受到其能够选择的电子器件的,而器件的发展又促进了设计方法的更新。随着电子系统复杂度的提高,高密度、高速度和宽频带的可编程逻辑产品已经成为主流器件,其规模也不断扩大,从最初的几百门到现在的上百万门,有些已具备了片上系统集成的能力。这些高密度、大容量的可编程逻辑器件的出现,给现代电子系统(复杂系统)的设计与实现带来了巨大的帮助。设计方法和设计效率的飞跃,带来了器件的巨大需求,这种需求又促使器件生产工艺的不断进步,而每次工艺的改进,可编程逻辑器件的规模都将有很大扩展。

(2)向在系统可编程方向发展

在系统可编程是指程序(或算法)在置入用户系统后仍具有改变其内部功能的能力。采用在系统可编程技术,可以像对待软件那样通过编程来配置系统内硬件的功能,从而在电子系统中引入“软硬件”的全新概念。它不仅使电子系统的设计和产品性能的改进和扩充变得十分简便,还使新一代电子系统具有极强的灵活性和适应性,为许多复杂信号的处理和信息加工的实现提供了新的思路和方法。

(3)向可预测延时方向发展

当前的数字系统中,由于数据处理量的激增,要求其具有大的数据吞吐量,加之多媒体技术的迅速发展,要求能够对图像进行实时处理,就要求有高速的系统硬件系统。为了保证高速系统的稳定性,可编程逻辑器件的延时可预测性是十分重要的。用户在进行系统重构的同时,担心的是延时特性会不会因为重新布线而改变,延时特性的改变将导致重构系统的不可靠,这对高速的数字系统而言将是非常可怕的。因此,为了适应未来复杂高速电子系统的要求,可编程逻辑器件的高速可预测延时是非常必要的。

(4)向混合可编程技术方向发展

可编程逻辑器件为电子产品的开发带来了极大的方便,它的广泛应用使得电子系统的构成和设计方法均发生了很大的变化。但是,有关可编程器件的研究和开发工作多数都集中在数字逻辑电路上,直到1999年11月,Lattice公司推出了在系统可编程模拟电路,为EDA技术的应用开拓了更广阔的前景。其允许设计者使用开发软件在计算机中设计、修改模拟电路,进行电路特性仿真,最后通过编程电缆将设计方案下载至芯片中。已有多家公司开展了这方面的研究,并且推出了各自的模拟与数字混合型的可编程器件,相信在未来几年里,模拟电路及数模混合电路可编程技术将得到更大的发展。

(5)向低电压、低功耗方面发展

集成技术的飞速发展,工艺水平的不断提高,节能潮流在全世界的兴起,也为半导体工业提出了向降低工作电压、降低功耗的方向发展。

1.1.2 开发工具的发展趋势

面对当今飞速发展的电子产品市场,电子设计人员需要更加实用、快捷的开发工具,使用统一的集成化设计环境,改变优先考虑具体物理实现方式的传统设计思路,将精力集中到设计构思、方案比较和寻找优化设计等方面,以最快的速度开发出性能优良、质量一流的电子产品。开发工具的发展趋势如下:

(1)具有混合信号处理能力

由于数字电路和模拟电路的不同特性,模拟集成电路EDA工具的发展远远落后于数字电路EDA开发工具。但是,由于物理量本身多以模拟形式存在,实现高性能复杂电子系统的设计必然离不开模拟信号。20世纪90年代以来,EDA 工具厂商都比较重视数模混合信号设计工具的开发。美国 Cadence 、Synopsys等公司开发的EDA工具已经具有了数模混合设计能力,这些EDA开发工具能完成含有模数变换、数字信号处理、专用集成电路宏单元、数模变换和各种压控振荡器在内的混合系统设计。

(2)高效的仿真工具

在整个电子系统设计过程中,仿真是花费时间最多的工作,也是占用EAD工具时间最多的一个环节。可以将电子系统设计的仿真过程分为两个阶段:设计前期的系统级仿真和设计过程中的电路级仿真。系统级仿真主要验证系统的功能,如验证设计的有效性等;电路级仿真主要验证系统的性能,决定怎样实现设计,如测试设计的精度、处理和保证设计要求等。要提高仿真的效率,一方面是要建立合理的仿真算法;另一方面是要更好地解决系统级仿真中,系统模型的建模和电路级仿真中电路模型的建模技术。在未来的EDA技术中,仿真工具将有较大的发展空间。

(3)理想的逻辑综合、优化工具

逻辑综合功能是将高层次系统行为设计自动翻译成门级逻辑的电路描述,做到了实际与工艺的。优化则是对于上述综合生成的电路网表,根据逻辑方程功能等效的原则,用更小、更快的综合结果替代一些复杂的逻辑电路单元,根据指定目标库映射成新的网表。随着电子系统的集成规模越来越大,几乎不可能直接面向电路图做设计,要将设计者的精力从繁琐的逻辑图设计和分析中转移到设计前期算法开发上。逻辑综合、优化工具就是要把设计者的算法完整高效地生成电路网表。

1.1.3 系统描述方式的发展趋势

(1)描述方式简便化

20世纪80年代,电子设计开始采用新的综合工具,设计工作由逻辑图设计描述转向以各种硬件描述语言为主的编程方式。用硬件描述语言描述设计,更接近系统行为描述,且便于综合,更适于传递和修改设计信息,还可以建立于工艺的设计文件,不便之处是不太直观,要求设计师具有硬件语言编程能力,但是编程能力需要长时间的培养。

到了20世纪90年代,一些EDA公司相继推出了一批图形化的设计输入工具。这些输入工具允许设计师用他们最方便并熟悉的设计方式(如框图、状态图、真值表和逻辑方程)建立设计文件,然后由EDA工具自动生成综合所需的硬件描述语言文件。图形化的描述方式具有简单直观、容易掌握的优点,是未来主要的发展趋势。

(2)描述方式高效化和统一化

C/C++语言是软件工程师在开发商业软件时的标准语言,也是使用最为广泛的高级语言。许多公司已经提出了不少方案,尝试在C语言的基础上设计下一代硬件描述语言。随

着算法描述抽象层次的提高,使用C/C++语言设计系统的优势将更加明显,设计者可以快速而简洁地构建功能函数,通过标准库和函数调用技术,创建更庞大、更复杂和更高速的系统。

但是,目前的C/C++语言描述方式与硬件描述语言之间还有一段距离,还有待于更多EDA软件厂家和可编程逻辑器件公司的支持。随着EDA技术的不断成熟,软件和硬件的概念将日益模糊,使用单一的高级语言直接设计整个系统将是一个统一化的发展趋势。

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