实验研究・ 基于Ｅ Ｄ Ａ技术的电子系统设计探讨 解传军木 刘宝华木水 【内容摘要】 本文ＡｋＥＤＡ技术的定义及构成出发，系统介绍了ＥＤＡ技术的发展概况，以及基于 ＥＤＡ技术的电子系统设计的方法和步骤，快速实现系统数字集成，具有深刻的理论意义和实际应用价 值。 【关键词】ＥＤＡ技术 电子系统仿真 二十世纪后半期，随着集成电路和计算机的不断发 设计，在方框图一级进行仿真、纠错，并用ＶＨＤＬ等硬件描 展，电子技术面临着严峻的挑战。由于电子技术发展周期 述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验 不断缩短，专用集成电路（ＡＳＩＣ）的设计面临着难度不断提 证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路 高与设计周期不断缩短的矛盾。为了解决这个问题，要求 的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集 我们必须采用新的设计方法和使用高层次的设计工具。在 成电路。 此情况下，ＥＤＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ￣ｐ电子 二、ＥＤＡ技术的发展 ＥＤＡ技术的发展至今经历了三个阶段：电子线路的 设计自动化）技术应运而生。随着电子技术的发展及缩短 ＣＡＤ是ＥＤＡ发展的初级阶段，是高级ＥＤＡ系统的重要组 电子系统设计周期的要求，ＥＤＡ技术得到了迅猛发展。 成部分。它利用计算机的图形编辑、分析和存储等能力，协 ＥＤＡ技术的定义及构成 所谓ＥＤＡ技术是在电子ＣＡＤ技术基础上发展起来的 助工程师设计电子系统的电路图、印制电路板和集成电路 一、计算机软件系统。它是以计算机为工作平台，以硬件描述 板图。它可以减少设计人员的繁琐重复劳动，但自动化程 语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以ＥＤＡ工具软件为 度低，需要人工干预整个设计过程。 开发环境，以大规模可编程逻辑器件ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＥＤＡ技术中级阶段已具备了设计自动化的功能。其主 Ｌ Ｏ ｇ ｉＣ Ｄ ｅｖ ｉ Ｃ ｅ）为设计载体，以专用集成电路 要特征是具备了自动布局布线和电路的计算机仿真、分析 ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、单片 和验证功能。其作用已不仅仅是辅助设计，而且可以代替 电子系统ＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）芯片为目标器件，以 人进行某种思维。 电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。在 高级ＥＤＡ阶段，又称为ＥＳＤＡ（电子系统设计自动化） 系统。过去传统的电子系统电子产品的设计方法是采用自 此过程中，设计者只需利用硬件描述语言ＨＤＬ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ），在ＥＤＡ工具软件中完成对系统 硬件功能的描述，ＥＤＡ工具便会自动完成逻辑编译、化 简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至特定目标芯 底而上（Ｂｏｔｔｏｍ—ＵＰ）的程式，设计者先对系统结构分块， 直接进行电路级的设计。ＥＤＡ技术高级阶段采用一种新的 设计概念：自顶而下（ＴＯＰ－Ｄｏｗｎ）的设计程式和并行工程 片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作，最终形成集 （Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）的设计方法，设计者的精力主 成电子系统或专用集成芯片。尽管目标系统是硬件，但整个 要集中在所设计电子产品的准确定义上，ＥＤＡ系统去完成 设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。 电子产品的系统级至物理级的设计。此阶段ＥＤＡ技术的主 现代ＥＤＡ技术的基本特征是采用高级语言描述，具 要特征是支持高级语言对系统进行描述。可进行系统级的 有系统级仿真和综合能力。ＥＤＡ技术研究的对象是电子 仿真和综合。 设计的全过程，有系统级、电路级和物理级各个层次的设 计。ＥＤＡ技术研究的范畴相当广泛，从ＡＳＩＣ开发与应用角 三、基于ＥＤＡ技术的电子系统设计方法 １．电子系统电路级设计 首先确定设计方案，同时要选择能实现该方案的合适 度看，包含以下子模块：设计输入子模块、设计数据库子模 块、分析验证子模块、综合仿真子模块和布局布线子模块 元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图。接着进 等。ＥＤＡ主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，然 行第一次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模 后从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构 拟电路的交直流分析和瞬态分析。系统在进行仿真时，必 ＋解传军，苏州大学电子信息学院 ＋＋刘宝华，苏州大学电子信息学院 ・实验研究 须要有元件模型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形 要花费数小时，在综合前对源代码仿真，就可以大大减少 代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主 设计重复的次数和时间，一般情况下，可略去这一仿真步 要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后，根 骤。 据原理图产生的电气连接网络表进行ＰＣＢ板的自动布局布 第四步：利用综合器对ＶＨＤＬ源代码进行综合优化处 线。在制作ＰＣＢ板之前还可以进行后分析，包括热分析、噪 理，生成门级描述的网表文件，这是将高层次描述转化为 声及窜扰分析、电磁兼容分析和可靠性分析等，并且可以 硬件电路的关键步骤。综合优化是针对ＡＳＩＣ芯片供应商 将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，也 的某一产品系列进行的，所以综合的过程要在相应的厂家 称为后仿真，这一次仿真主要是检验ＰＣＢ板在实际工作环 综合库支持下才能完成。综合后，可利用产生的网表文件 境中的可行性。 进行适配前的时序仿真，仿真过程不涉及具体器件的硬件 可见，电路级的ＥＤＡ技术使电子工程师在实际的电子 特性，较为粗略。一般设计，这一仿真步骤也可略去。 系统产生之前，就可以全面了解系统的功能特性和物理特 第五步：利用适配器将综合后的网表文件针对某一具 性，从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段，不仅 体的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻 缩短了开发时间，也降低了开发成本。 辑分割、逻辑优化和布局布线。 ２．系统级设计 第六步：将适配器产生的器件编程文件通过编程器或 系统级设计是一一种“概念驱动式”设计，设计人员无 下载电缆载入到目标芯片ＦＰＧＡ或ＣＰＬＤ中。如果是大批 须通过门级原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能 量产品开发，通过更换相应的厂家综合库，可以很容易转 描述。由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力 由ＡＳＩＣ形式实现。 集中于创造性概念构思与方案上，一旦这些概念构思以高 四、前景展望 层次描述的形式输入计算机后，ＥＤＡ系统就能以规则驱动 ２１世纪将是ＥＤＡ技术的高速发展时期，ＥＤＡ技术是 的方式自动完成整个设计。 现代电子设计技术的发展方向，并着眼于数字逻辑向模拟 系统级设计的步骤如下： 电路和数模混合电路的方向发展。ＥＤＡ将会超越电子设 第一步：按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。 计的范畴进入其他领域随着集成电路技术的高速发展，数 第二步：输入ＶＨＤＬ代码，这是系统级设计中最为普 字系统正朝着更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性 遍的输入方式。此外，还可以采用图形输入方式（框图、状 和低功耗的系统级芯片（ＳｏＣ，Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｃｈｉｐ）方向发 态图等），这种输入方式具有直观、容易理解的优点。 展，借助于硬件描述语言的国际标准ＶＨＤＬ和强大的ＥＤＡ 第三步：将以上的设计输入编译成标准的ＶＨＤＬ文 工具，可减少设计风险并缩短周期，随着ＶＨＤＬ语言使用 件。对于大型设计，还要进行代码级的功能仿真，主要是检 范围的日益扩大，必将给硬件设计领域带来巨大的变革。 验系统功能设计的正确性，因为对于大型设计，综合、适配 参考文献： ｆ１）谭会生，张昌凡．ＥＤＡ技术及应用．西安：西安电子科技大学出版社，２００１． （２）李经智．ＥＤＡ技术及其应用【Ｊ】．齐齐哈尔大学学报，２００６． （３）杜军．虚拟现实技术在教学中的应用．山东师范大学学报（自然科学版），２００５，２０（２）：１２１ ５ｏ日圜曰圆
