1、课 程 综 述课程名称 在系统编程技术 任课教师 班级 姓名 学号 日期 2010-05-20 合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 2 页目录前 言 3正 文： 4一、EDA 技术的的概述 4二、EDA 技术的发展史 4三、EDA 技术的现状 5四、EDA 技术的未来发展展望 .6总 结 8参考文献 9合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 3 页前 言：EDA 技术即电子设计自动化 ( Electronic DesignAutomation) 技术, 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
2、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式设计电子系统到硬件系统的一门技术。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 E
3、DA 技术的魅力。本文撰写的目的： 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；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； 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。合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 4 页正 文：一、EDA 技术的的概述：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
4、计。EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。物理级设计主要指 IC 版图设计，一般由半导体厂家完成；系统级设计主要面对大型复杂的电子产品；而一般民用及教学所涉及基本是电路级设计。我们常用的 EDA 软件多属于电路级设计。电路级设计工作，是在电子工程师接受系统设计任务后，首先确定设计方案，并选择合适的元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图，接着进行第一次仿真。其中包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析等。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。仿真通过后，根据原理图产生的电气连接网络表进行 PCB 板的自动布局布线，有条件的还可以进行 PCB 后分析。
5、其中包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等，并可将分析后的结果参数反馈回电路图，进行第二次仿真，也称作后仿真。后仿真主要是检验 PCB 板在实际工作环境中的可行性二、EDA 技术的发展历史：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、ES
6、DA 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合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 5 页复劳动, 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,
7、 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
8、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 ( To
9、p- 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（M
10、CU）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，但这是一次更合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 6 页高层次的循环，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
11、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
12、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
13、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
14、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。合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 7 页四、EDA 技术的未来发展展望：举两个
15、比较前沿的应用展望：1.以 FPGA 为物质基础实现电子胚胎结构的数字电路系统 人们从物种进化理论研究中得到了一系列进化算法，例如遗传算法、进化策略等。美国 Genobyte 公司的大规模进化硬件-人工脑机器(CAM brain machine)就是基于遗传算法和人工神经网络原理研制的。人工神经网络具有学习能力，是从后天渐成说的研究中得到的基本理论。而个体发生学又给人们这样一个启示：生物的个体生长过程是细胞的自复制和自修复（自治愈）能力的表现，将这一能力的原理应用到数字硬件电路系统的设计中，就得到了电子胚胎结构系统，所以说电子胚胎结构的数字电路系统是基于这个启发和原理而设计的。经过对照分析，可
16、见电子胚胎元胞阵列与生物界的共同属性可分列于下： 多细胞组织-可由 FPGA 的逻辑块实现； 细胞变异-由每个元胞唯一一套坐标来体现；细胞分裂-每个元胞仅由一个配置寄存器配置实现；生物界还有一个细胞自复制和自修复能力。而传统硬件电路对电子胚胎结构的自修复是无能为力的，但目前国际上由瑞士洛桑联邦技术学院研究的 MUXTREE（Multiplexer tree）设计，给出了一个特殊方法，实现了电子胚胎结构的自修复。其基本原理就是基本单元执行部件是一个选择器或多路选择器，多路选择器的特点是能够实现一个任意组合或时序逻辑的目标状态转移图中的任何结点。这个特殊方法是采用 FPGA 为物质基础，应用 ED
17、A 技术实现的。 2.以 FPGA 为物质基础的 EDA 技术，用以实现以太网- 蓝牙协议转换 我们还知道蓝牙技术虽然还不能说是一种成熟的技术，但如今不仅是用于短距离的无线链接，已用到移动通讯设备，随着更多支持该技术产品的推出，必将出现一个短距离链接的新时代。故有一些市场研究报告1提出：到 2004 年，蓝牙技术的市场规模将超过 50亿美元。面对这样的大市场，提供对蓝牙技术支持能力就变得非常重要，未来的机顶盒、LAN、打印机和 PC 机等就是关键的设备。众所周知，争取上市时间及降低成本，是对蓝牙技术推广的两个重要因素。它需要快速的设计派生能力，一个系统设计是企业的财产。在目前这种激烈竞争的市场
18、条件下，要求压缩产品开发周期，争取上市时间，系统设计就必须足够灵活。因此，采用以 FPGA 为物质基础的 EDA 技术，实现以太网- 蓝牙协议转换，是最为理想的解决方案。蓝牙一以太网 LAP 解决方案中可以看到，对客户来说，使参考设计成为可编程的，以满足最终客户的不同需要是关键。到此可看出 EDA 技术的独特性，它不仅提供了在不同技术间进行协议转换所需要的关键功能，而且还提供了可根据客户需求进行重新配置的一个平台。中国 EDA 市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是 PCB 制板和小型 ASIC合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 8 页领域，仅有小部分（约 11%）的设计人员
19、开发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要引进和学习一些最新的 EDA 技术。 在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助工程（CAE） 、计算机辅助工艺（CAPP） 、计算机机辅助制造（CAM） 、产品数据管理（ PDM） 、制造资源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。有条件的企业可开展 “
20、网络制造” ，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在 ASIC 和 PLD 设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面发展。 外设技术与 EDA 工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所发展。 中国自 1995 年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对亚太地区其它 EDA 市场的竞争。 在 EDA 软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本
21、、韩国都有 ASIC 设计工具，但不对外开放。中国华大集成电路设计中心，也提供 IC 设计软件，但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的设计工具在各地开花并结果。据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年夏合增长率分别达到了 50%和 30%。 EDA 技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。EDA 技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。EDA 水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。EDA 市场日趋成熟，但我国的研发水平仍很有限，尚需迎头赶上。总 结：一个学期的 EDA 课程结束了， 6 周的理论和 7 周的实验课程，让我们初步了解了EDA 技术的基础知识
22、和一些简单的应用，同时亲手实现一个简单的 EDA 小设计，这其中要特别感谢周老师的循循善诱和严谨的教学风格。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, 合肥学院电子系自动化专业 在系统编程课程综述第 9 页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
23、一全新的技术, 将对我国电子技术的发展具有深远的意义。作为大学生的我们，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，达到了一个很好的大学学习效果。参考文献：1 Mamoon Hamid Xilinx 利用可编程逻辑器件设计高性能蓝芽接入点 EDN China 2001 年 08 月 30 日 2 Gabe Moretti 互联网上的 EDA：可以迅速获得实际结
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