电子设计自动化(EDA)第一章.ppt

1、电子设计自动化,主讲人：熊娟 黄淮学院电子科学与工程系,EDA,Company Logo,本学期主要内容,Company Logo,教学目的：认识EDA技术，掌握常用EDA工具的使用方法(Protel 99se MultisimQuartus2)，掌握一种设计语言(VHDL)。 学时数：72学时（课堂教学36学时，上机实验36学时）,Company Logo,推荐教材及参考书,Company Logo,第一章 EDA技术基础,Company Logo,第一章 EDA技术基础,1. 什么是EDA技术,Text,Text,Text,Text,EDA（Electronic Design Automa

2、tion，电子设计自动化） 是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先进的硬件设计技术！ 是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。,Company Logo,广义角度EDA技术的内涵,形式验证自动化,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,2.应用EDA技术的设计特点,利用EDA技术(特指IES/ASIC自动设计技术)进行电子系统的设计，具有以下几个特点： 用软件的方式设计硬件； 用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的； 设计过程中可用有关软件进行各种仿真； 系统可现场编程，在线升级； 整个系统可集成在一个芯片上，体积小

3、、功耗低、可靠性高。 因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。,Company Logo,第一章 EDA技术基础,3.应用EDA技术的优点,缩短设计周期 采用EDA技术，设计人员无需通过门及原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能描述，由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中于创造性的概念构思与方案上。一旦这些概念构思、高层次描述的形式输入计算机后，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计，大大缩短了产品的研制周期。,Company Logo,第一章 EDA技术基础,3.应用EDA技术的优点,节省设计费用 EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生之前就可以采用较精确的模型，全

4、面地了解系统的功能特性和物理特性，实现各种分析，从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段，不仅缩短了开发时间，也降低了开发成本。,Company Logo,第一章 EDA技术基础,3.应用EDA技术的优点,设计资源共享 在EDA系统中，成熟的单元设计及各种模型和模型参数均存放在数据库文件中由于计算器存储量大、数据处理能力强的特点，在完成电路设计任务后，可以很方便地生成各种需要的数据文件和报表文件。用户可以直接分享这些设计资源。,Company Logo,第一章 EDA技术基础,3.应用EDA技术的优点,验证电路方案设计的正确性 EDA技术可用于系统方案设计或某种新理论、新构思的方案设计，进而对

5、构成系统的各电路结构进行模拟分析以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。,Company Logo,第一章 EDA技术基础,3.应用EDA技术的优点,电路特性的优化设计 EDA技术中的温度和统计分析功能，既可以分析各种恶劣温度条件下的电路特性， 也可对器件容差的影响进行全面地计算分析。包括： ( 1 ) 对不同的容差特性进行规定次数的跟踪分析； ( 2 ) 单独分析每一器件容差对电路的影响量； ( 3 ) 分析全体器件对电路性能的最大影响量。采用统计分析方法,便于确定最佳元件参数， 最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度。真正做到电路的优化设计。,Company Logo,第一章 EDA技

6、术基础,3.应用EDA技术的优点,实现电路特性的模拟测试 电子电路的设计过程中，大量的工作是各种数据测试及特性分析。利用EDA技术，可以方便地实现全功能测试。也可以直接模拟各种恶劣工作环境及各种极限条件下的电路特性而无器件或电路损坏，比传统的设计方式要经济的多。,Company Logo,第一章 EDA技术基础,4. EDA技术的发展历程,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：,20世纪70年代,Electronic Design Automation,Computer Assist Design,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,

7、4. EDA技术的发展历程,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,4. EDA技术的发展历程,EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几个方面： （1）在FPGA上实现DSP（数字信号处理）应用成为可能，用纯数字逻辑进行DSP模块的设计，使得高速DSP实现成为现实，并有力地推动了软件无线电技术的实用化和发展。基于FPGA的DSP技术，为高速数字信号处理算法提供了实现途径。 （2）嵌入式处理器软核的成熟，使得SOPC（System On a Programmable Chip）步入大规模应用阶段，在一片FPGA上实现一个完备的数字处理系统成为可能。,黄淮

8、学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,4. EDA技术的发展历程,（3）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软件不断推出。 （4）电子技术领域全方位融入EDA技术，除了日益成熟的数字技术外，传统的电路系统设计建模理念发生了重大的变化，如软件无线电技术的崛起、模拟电路系统硬件描述语言的表达和设计的标准化、系统可编程模拟器件的出现、数字信号处理和图像处理的全硬件实现方案的普遍接受以及软硬件技术的进一步融合等。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,4. EDA技术的发展历程,（5）EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，如模

9、拟与数字、软件与硬件、系统与器件、ASIC与FPGA、行为与结构等。 （6）基于EDA的用于ASIC设计的标准单元已涵盖大规模电子系统及复杂IP核模块。软硬IP（Intellectual Property）核在电子行业的产业领域广泛应用。 （7）系统级、行为验证级硬件描述语言的出现（如System C），使复杂电子系统的设计和验证趋于简单。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,1.大规模可编程逻辑器件,可编程逻辑器件(简称PLD)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。 FPGA和CPLD分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称。现在，FPGA和CPL

10、D器件的应用已十分广泛，它们将随着EDA技术的发展而成为电子设计领域的重要角色。 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。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,2.硬件描述语言(HDL),常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog、ABEL。 VHDL：作为IEEE的工业标准硬件描述语言，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。 Verilog：支持的EDA工具较多，适用于RTL级和门电路级的描述，其综合过程较VHDL稍简单，但其在高级描述方面不如VHDL。 ABEL：一种支持各种不同输入方式的HDL，被广泛用于各种可编程逻辑器件的逻辑功能

11、设计，由于其语言描述的独立性，因而适用于各种不同规模的可编程器件的设计。 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。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,3.软件开发工具,软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具。 目前比较流行的、主流厂家的EDA的软件工具有Altera的MAX+plus II、Quartus II、Slattice的ispEXPERT、Xilinx的Foundation Series。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,4.实验开发系统,实验开发系统是利用EDA技术进行电子系统设

12、计的下载工具及硬件验证工具。 提供芯片下载电路及EDA实验/开发的外围资源(类似于用于单片机开发的仿真器)，供硬件验证用。一般包括： 实验或开发所需的各类基本信号发生模块，包括时钟、脉冲、高低电平等； FPGA/CPLD输出信息显示模块，包括数码显示、发光管显示、声响指示等； 监控程序模块，提供“电路重构软配置”； 目标芯片适配座以及上面的FPGA/CPLD目标芯片和编程下载电路。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,4.实验开发系统,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,EDA技术研究的对象是电子设计的全过程，有系统级、电路级和物理级3个层次的设

13、计。其涉及的电子系统从低频、高频到微波，从线性到非线性，从模拟到数字，从通用集成电路到专用集成电路构造的电子系统，因此EDA技术研究的范畴相当广泛。如果从专用集成电路ASIC开发与应用角度看，EDA工具软件系统应当包含以下子模块：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、布局布线子模块等。,黄淮学院,Company Logo,EDA工具软件结构,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,布局布线子模块,该模块接受用户的设计描述。该子模块一般包含针对不同描述方式的编辑器，如图形编辑器、文本编辑器等，同时包含对应的分析器。,该模块存放系统提供的库单元

14、以及用户的设计描述和中间设计结果。,该模块包括各个层次的模拟验证、设计规则的检查、故障诊断等。,该模块包括各个层次的综合工具，理想的情况是：从高层次到低层次的综合仿真全部由EDA工具自动实现。,该模块实现由逻辑设计到物理实现的映射，因此与物理实现的方式密切相关。由于对应的器件不同，因此各自的布局布线工具会有很大的差异。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,EDA工具层出不穷，都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同时还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。,黄淮学院,Company Logo,PCB设计软件,

15、常用EDA软件,按主要功能或主要应用场合分,电路设计 与仿真工具,IC设计软件,第一章 EDA技术基础,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multisim；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,multisim（EWB的最新版本）软件：相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，它

16、对模数电路的混合仿真功能也毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（甚至还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神

17、经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C+代码等功能。MATLAB产品族具有下列功能：数据分析；数值和符号计算、工程与科学绘图；控制系统设计；数字图像信号处理；财务工程；建模、仿真、原型开发；应用开发；图形用户界面设计等。MATLAB产品族被广泛应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认识同时，提高自身的竞争力。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,PCB（Printed-Circuit Board）设计软件种类很多

18、，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包等。,黄淮学院,Company Logo,第一章 EDA技术基础,IC设计工具很多，其中按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。这三家都是ASIC设计领域相当有名的软件供应商。其它公司的软件相对来说使用者较少。中国华大公司也提供ASIC设计软件（熊猫2000）；另外近来出名的Avanti公司，是原来在Cadence的几