1.1 EDA技术及其发展

在现代数字系统的设计中，EDA技术己经成为一种普遍的工具。对设计者而言，熟练地掌握EDA技术，可以极大地提高工作效率，起到事半功倍的效果。

EDA（电子设计自动化）技术没有一个很精确的定义，我们可以这样来认识，所谓的EDA技术就是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以PLD器件或者ASIC专用集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。EDA技术的发展以计算机科学、微电子技术的发展为基础，并融合了应用电子技术、智能技术以及计算机图形学、拓扑学、计算数学等众多学科的最新成果发展而来的。EDA技术经历了一个由简单到复杂、由初级到高级不断发展进步的阶段。从20世纪70年代，人们就己经开始基于计算机开发出一些软件工具帮助设计者完成电路系统的设计任务，以代替传统的手工设计方法，随着计算机软件和硬件技术水平的提高，EDA技术也不断进步，大致经历了下面三个发展阶段。

1.CAD阶段

电子CAD阶段是EDA技术发展的早期阶段（时间大致为20世纪70年代至80年代初）。在这个阶段，一方面，计算机的功能还比较有限，个人计算机还没有普及；另一方面，电子设计软件的功能也较弱。人们主要是借助于计算机对所设计电路的性能进行一些模拟和预测；另外，就是完成PCB的布局布线，简单版图的绘制等工作。

2.CAE阶段

集成电路规模的扩大，电子系统设计的逐步复杂，使得电子CAD的工具逐步完善和发展，尤其是人们在设计方法学、设计工具集成化方面取得了长足的进步，EDA技术就进入了电子CAE阶段（时间大致为20世纪80年代初至90年代初）。在这个阶段，各种单点设计工具，各种设计单元库逐渐完备，并且开始将许多单点工具集成在一起使用，大大提高了工作效率。

3.EDA阶段

20世纪90年代以来，微电子工艺有了显著的发展，工艺水平己经达到了深亚微米级，在一个芯片上己经可以集成数目上千万乃至上亿的晶体管，芯片的工作速度达到了Gbps，这样就对电子设计的工具提出了更高的要求，也促进了设计工具的发展。

在今天，EDA技术己经成为电子设计的普遍工具，无论是设计集成电路还是设计普通的电子电路，没有EDA工具的支持，都是难以完成的。EDA技术的使用包括电子工程师进行电子系统开发的全过程，以及进行开发设计涉及的各个方面。从一个角度看，EDA技术可粗略分为系统级、寄存器传输级（RTL）、门级和版图级几个层次的辅助设计过程；从另一个角度来看，EDA技术包括电子电路设计的各个领域，即从低频电路到高频电路、从线性电路到非线性电路、从模拟电路到数字电路、从PCB设计到FPGA开发等，EDA技术的功能和范畴如图1.1所示。

进入到21世纪后，EDA技术得到了更快的发展，开始步入了一个新的时期，突出地表现在以下几个方面。

（1）电子技术各个领域全方位融入EDA技术，除了日益成熟的数字技术外，可编程模拟器件的设计技术也有了很大的进步。EDA技术使得电子领域各学科的界限更加模糊，相互包容和渗透，如模拟与数字、软件与硬件、系统与器件、ASIC与FPGA、行为与结构等，软硬件协同设计技术也成为EDA技术的一个发展方向。

（2）IP（Intellectual Property）核在电子设计领域得到了广泛的应用，基于IP核的SoC （System on Chip，芯片系统）设计技术趋向成熟，电子设计成果的可重用性进一步提高。

（3）嵌入式微处理器软核的出现，更大规模的FPGA/CPLD器件的不断推出，使得SoPC （System on Programmable Chip，可编程芯片系统）步入实用化阶段，在一片FPGA芯片中实现一个完备的系统成为可能。

（4）用FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）器件实现完全硬件的DSP（数字信号处理）处理成为可能，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。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。

（5）在设计和仿真两方面支持标准硬件描述语言的EDA软件不断推出，系统级、行为验证级硬件描述语言的出现（如System C）使得复杂电子系统的设计和验证更加高效。在一些大型的系统设计中，设计验证工作非常艰巨，这些高效的EDA工具的出现，减轻了开发人员的工作量。

除了上述的发展趋势，现代EDA技术和EDA工具还呈现出以下一些共同的特点。

1）采用硬件描述语言（HDL）进行设计

采用硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL）进行电路与系统的描述是当前EDA设计技术的另一个特征。与传统的原理图设计方法相比，HDL语言更适合于描述规模大、功能复杂的数字系统，它能够使设计者在比较抽象的层次上对所设计系统的结构和逻辑功能进行描述。采用HDL语言进行设计的突出优点是：语言的标准化，便于设计的复用、交流、保存和修改；设计与工艺的无关性，宽范围的描述能力，便于组织大规模、模块化的设计。目前最常用的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL，它们都己成为IEEE标准。

2）逻辑综合与优化

目前的EDA工具最高只能接受行为级（Behavior Level）或寄存器传输级（Register Transport Level, RTL）描述的HDL文件进行逻辑综合，并进行逻辑优化。为了能更好地支持自顶向下的设计方法，EDA工具需要在更高的层级进行综合和优化，这样可进一步缩短设计周期，提高设计效率。

3）开放性和标准化

现代EDA工具普遍采用标准化和开放性的框架结构，可以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计工作。这样可实现各种EDA工具间的优化组合，并集成在一个易于管理的统一环境之下，实现资源共享，有效提高了设计者的工作效率，有利于大规模、有组织的设计开发工作。

4）更完备的库（Library）

EDA工具要具有更强大的设计能力和更高的设计效率，必须配有丰富的库，比如元器件图形符号库、元器件模型库、工艺参数库、标准单元库、可复用的电路模块库、IP库等。在电路设计的各个阶段，EDA系统需要不同层次、不同种类的元器件模型库的支持。例如，原理图输入时需要原理图符号库、宏模块库，逻辑仿真时需要逻辑单元的功能模型库，模拟电路仿真时需要模拟器件的模型库，版图生成时需要适应不同层次和不同工艺的底层版图库等。各种模型库的规模和功能是衡量EDA工具优劣的一个重要标志。

总而言之，从过去发展的过程看，EDA技术一直滞后于制造工艺的发展，它在制造技术的驱动下不断进步；从长远看，EDA技术将随着微电子技术、计算机技术的不断发展而发展。“工欲善其事，必先利其器”, EDA工具在现代电子系统的设计中所起的作用越来越大，未来它将在诸多因素的推动下继续进步。