外文翻譯--eda技術(shù)及其在現(xiàn)代電子技術(shù)的應(yīng)用

1、<p><b>　　中文4200字</b></p><p>　　EDA技術(shù)及其在現(xiàn)代電子技術(shù)的應(yīng)用</p><p><b>　　金林</b></p><p>　　（吉林工程技術(shù)師范學(xué)院，中國長春，jljinlin@yahoo.com.cn )</p><p><b>　　趙通&l

2、t;/b></p><p>　?。ㄒ黄蟊娖囉邢薰?，中國長春，Tong.Zhao@faw-vw.com）</p><p>　　摘要----本文重點介紹是電子設(shè)計自動化(EDA)及其執(zhí)行在現(xiàn)代電子技術(shù)，包括EDA技術(shù)、功能的基本概念和其使用的范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。說明了幾種EDA設(shè)計方法，所述的行為、IP設(shè)計和重復(fù)使用、ASIC設(shè)計方法、SoC設(shè)計方法、硬件和軟件聯(lián)合設(shè)計方法，EDA工具

3、軟件功包括電路設(shè)計和仿真工具，印刷電路板設(shè)計軟件和集成電路設(shè)計軟件，PLD設(shè)計工具。</p><p>　　關(guān)鍵字：EDA；自上而下；IC；PLD；SOC；ASIC；印刷電路板；VHDL；</p><p><b>　　一、簡介</b></p><p>　　隨著計算機(jī)的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)在IC設(shè)計和制造技術(shù)的發(fā)展推動了國家技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

4、化，EDA技術(shù)的發(fā)展將有助于促進(jìn)現(xiàn)代集成電路設(shè)計技術(shù)繼續(xù)發(fā)展。</p><p><b>　　二、EDA的概念</b></p><p>　　A、EDA的基本概念 </p><p>　　EDA是電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation)的縮寫、是從CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)、CAM(計算機(jī)輔助制 造)、CAT(計算機(jī)輔

5、助測試)和CAE(計算機(jī)輔助工程)的概念發(fā)展而來的以計算機(jī)為工作平臺的電子設(shè)計技術(shù)。</p><p>　　B、EDA技術(shù)的特點 </p><p>　　EDA技術(shù)是以計算機(jī)為工具、集數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)、圖論與拓?fù)溥壿?、計算?shù)學(xué)、人工智能和其他有關(guān)計算應(yīng)用的學(xué)科的最新發(fā)展成果為一體的集成電路設(shè)計工具，功能是： </p><p>　　（1）使用工作站和大型EDA個人

6、計算機(jī)軟件的設(shè)備，主要是使用UNIX和Linux操作系統(tǒng)，一般EDA軟件，以Windows操作系統(tǒng)為主；EDA工具軟件包含輸入平臺（原理圖、硬件描述語言、狀態(tài)圖）、仿真平臺、集成平臺、形式驗證工具、時間序列分析等；電子系統(tǒng)設(shè)計完成使用“自上而下”的設(shè)計方法。</p><p>　　（2）IP模塊化內(nèi)核設(shè)計和可重復(fù)使用的功能。IP或IP內(nèi)核已成為一種商品，在不同的項目中的可重復(fù)使用。</p><p

7、>　?。?）EDA技術(shù)包括描述硬件結(jié)構(gòu)、參數(shù)和功能的先進(jìn)硬件語言，包含系統(tǒng)級仿真和綜合功能。</p><p>　　三、EDA及其使用的領(lǐng)域</p><p><b>　　A、EDA技術(shù)</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，最近數(shù)十年來微電子和計算機(jī)技術(shù)、EDA技術(shù)一直在快速發(fā)展，它涵蓋了電子設(shè)計、仿真、驗證和制造過程的所有技術(shù)，

8、如：系統(tǒng)設(shè)計和仿真、電路設(shè)計和仿真，印刷電路板(PCB)設(shè)計與驗證、集成電路(IC)設(shè)計、驗證和測試、數(shù)字邏輯電路設(shè)計、模擬電路設(shè)計、混合信號設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計、片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計、可編程邏輯器件(PLD)和可編程的片上系統(tǒng)(SOPC)設(shè)計、專用集成電路(ASIC)和特定于應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)設(shè)計技術(shù)。</p><p>　　B、EDA的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p&g

9、t;　　EDA應(yīng)用領(lǐng)域包括機(jī)械、電氣、通信、航空、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等。EDA技術(shù)被廣泛地用在公司、企業(yè)、科研和教學(xué)部門，例如用在飛機(jī)制造、設(shè)計、性能測試和性能分析數(shù)據(jù)，甚至EDA技術(shù)可能會涉及到飛機(jī)的飛行模擬，如圖1所示，EDA設(shè)計的主要工作在以下三個領(lǐng)域：印刷電路板(PCB)設(shè)計、可編程(PLD)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(包含：gpga、CPLD、ISP、SOPC等)、IC設(shè)計(定制ASIC、SOC等)。</p><

10、;p><b>　　四、EDA設(shè)計方法</b></p><p>　　EDA設(shè)計方法包含以下方面：</p><p>　?。?）行為描述方法。這種行為在設(shè)計文檔中描述的是被轉(zhuǎn)換成一個硬件實體，充分利用硬件描述語言(VHDL、verilog HDL、系統(tǒng)C等)，以描述系統(tǒng)行為的硬件，從而實現(xiàn)最終電路。</p><p>　　（2）IP復(fù)用技術(shù)。IP

11、內(nèi)核是一個現(xiàn)代EDA技術(shù)源自新的概念，它具有獨立的、易于修改、重復(fù)使用，大大減少了重復(fù)勞動，實現(xiàn)支付的使用知識產(chǎn)權(quán)的權(quán)利。 IP庫和IP重用技術(shù)已列入國家發(fā)展計劃的高技術(shù)。</p><p>　?。?）ASIC設(shè)計方法。ASIC是按照特定目的使用的集成電路設(shè)計方法。采用的設(shè)計方法有：完全自定義方法(full-custom設(shè)計方法)、自定義方法(自定義設(shè)計方法)，半定制ASIC方法，芯片編譯方法(芯片編譯器)、可編程

12、邏輯器件(可編程邏輯器件)。</p><p>　?。?）soc設(shè)計方法。SoC是一個系統(tǒng)的所有功能模塊集成到一個單一半導(dǎo)體芯片，一個SOC可能包含的功能模塊：CPU、RAM、ROM、DSP、無線模塊、模擬和數(shù)字模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、硬盤內(nèi)核，等等。這是取得了很多的功能模塊的芯片技術(shù)，用于集成電路組合和EDA將高端的需求，目前，EDA技術(shù)的瓶頸已成為SoC設(shè)計。</p><p>　?。?）硬件和軟

13、件聯(lián)合設(shè)計方法：合作設(shè)計是指硬件和軟件設(shè)計、 在合作、設(shè)計流程如下圖2。硬件和軟件聯(lián)合設(shè)計方法開始從一個給定的系統(tǒng)任務(wù)，通過有效地分析系統(tǒng)任務(wù)和所需的資源，并通過一系列的轉(zhuǎn)換方法，遵循特定規(guī)則自動生成的硬體設(shè)備，會議系統(tǒng)要求和先進(jìn)的維修的成本約束和軟件框架。問題：系統(tǒng)建模、協(xié)同集成、協(xié)作和合作模擬核查。</p><p>　　五、EDA工具軟件中包含的技術(shù)</p><p>　　EDA軟件的設(shè)

14、計涉及到操作系統(tǒng)、編譯器、項目數(shù)據(jù)庫、人工智能、軟件工程和其他學(xué)科，涉及到微電子技術(shù)、深度微米建模、信號處理、電子線路、紀(jì)律制度，參與半導(dǎo)體材料和處理技術(shù)、半導(dǎo)體物理，但還在表單驗證、優(yōu)化、工程、數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)內(nèi)容等，現(xiàn)在在中國的廣泛影響EDA軟件有：EWB、PSPICE、OrCAD、Protel、PCAD、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim等，這些工具有

15、很強(qiáng)大的功能，通常可以通過多種方法來使用，例如，很多軟件可以用于電路設(shè)計和模擬，并且可以自動布局印刷電路板，可以輸出多個網(wǎng)格文件與第三方軟件接口。</p><p>　　電子設(shè)計自動化工具根據(jù)功能分為電路設(shè)計和仿真工具，印刷電路板設(shè)計軟件和集成電路設(shè)計軟件，PLD設(shè)計工具等，簡要介紹如下：</p><p>　　A、電路設(shè)計和仿真工具</p><p>　　電子電路設(shè)計和

16、仿真工具包括SPICE、Matlab、EWB、PSPICE、MMICAD等。</p><p>　?。?）SPICE (側(cè)重于集成電路的仿真程序)是一項由加州大學(xué)的電路分析模擬軟件，是1980年代最廣泛使用的電路設(shè)計軟件，在1998年它已成為美國的國家標(biāo)準(zhǔn)。1984年，公司基于SPICE個人版開發(fā)了SPICE數(shù)字版的?，F(xiàn)在， PSPICE6.2，這是最強(qiáng)大模擬和數(shù)字電路的混合模擬EDA軟件的最新版本，PSPICE9

17、.1的電路仿真、激勵建立， 溫度和噪聲分析、仿真、控制、波形輸出，數(shù)據(jù)輸出，并在同一個窗口中顯示兩個模擬和數(shù)字模擬的結(jié)果，您可以構(gòu)建組件和組件庫。</p><p>　?。?）EWB(電子工作臺)軟件是交互式圖像技術(shù)有限公司在1990S采用電路仿真軟件，目前的一般使用EWB5.2。相對于其他EDA軟件，它是一個小軟件、模塊電路的混合模擬功能非常強(qiáng)大、精確的模擬結(jié)果的實際電路的，和臺式機(jī)提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生

18、器、掃描生成器和邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器和電壓表、電流表、和其他的文書，其界面非常直觀，易于學(xué)習(xí)和使用。</p><p>　?。?）MATLAB產(chǎn)品系列 有一個重要的特點，它具有很多的具體應(yīng)用程序的工具箱和仿真塊。包含了完整的函數(shù)集，用于圖像信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和其他特殊應(yīng)用進(jìn)行分析和設(shè)計，功能的數(shù)據(jù)收集和報告生成， MATLAB語言編程制作獨立C/C++代碼，其他的功能，M

19、ATLAB產(chǎn)品系列具有以下功能：數(shù)據(jù)分析、數(shù)字和符號計算、工程和科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)字圖像信號處理、金融工程、建模、模擬、原型設(shè)計、應(yīng)用程序開發(fā)、圖形用戶界面設(shè)計，MATLAB產(chǎn)品系列廣泛用于信號和圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)仿真和許多其他的領(lǐng)域內(nèi)。</p><p>　　B、印刷電路板設(shè)計軟件</p><p>　　印刷電路板（printed-circuit板）有多種設(shè)計軟件，如Pro

20、tel、OrCAD、Viewlogic、Power PCB、Cadence PSD、the Expedition PCB Mentor Graphics、 Zuken CadStart、Winboard/PCB Windraft/Ivex-SPICE、Studio、TANGO等。目前使用最廣泛的中國應(yīng)該是在Protel，以下僅是對該軟件介紹。</p><p>　　Protel是Protel公司在1980年代發(fā)起了

21、CAD工具，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用的是Protel99SE，它還包含一個電路原理圖圖渲染、模擬和混合信號模擬數(shù)字電路、多層印刷電路板 設(shè)計(包括自動布局的印刷電路板配線)、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表、表格生成、生成、支持電路，一個宏操作功能，和客戶機(jī)/服務(wù)器(客戶端/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，而且還兼容了其他一些設(shè)計軟件、文件格式，如解決方案、EXCEL等使用多層印制電路板自動布線，可以實現(xiàn)高密度印刷電路板布局通過率為100%，Protel軟件功能強(qiáng)大、易

22、于使用、易于使用，但它是最有代表性的電路設(shè)計和PCB設(shè)計。</p><p>　　C、集成電路設(shè)計軟件</p><p>　　IC設(shè)計工具很多，根據(jù)市場份額排名的調(diào)查，Cadence 、Mentor Graphics和Synopsys這三個公司是非常著名的ASIC設(shè)計軟件供應(yīng)商。這些公司也提供了中國純ASIC設(shè)計軟件(Panda2000)；最近還有著名的Avanti公司，是原中國工程師創(chuàng)建的，

23、他們的設(shè)計工具是很理想的深度微米的集成電路設(shè)計</p><p><b>　　D、PLD設(shè)計工具</b></p><p>　　PLD(可編程邏輯器件)是一個可按用戶需求結(jié)構(gòu)邏輯函數(shù)定制的集成電路。目前有兩種主要類型：CPLD(復(fù)雜PLD)和FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)，其基本設(shè)計方法是使用幫助的EDA軟件，原理圖、狀態(tài)機(jī)器，布爾表達(dá)式，如硬件描述語言，構(gòu)建相應(yīng)的目標(biāo)文件

24、，最后一次使用編程器或下載電纜，從目標(biāo)設(shè)備生產(chǎn)的PLD廠商很多，但最具代表性的PLD廠商Xilinx和Altera，格柵公司。PLD開發(fā)工具一般由設(shè)備制造商提供，但規(guī)模越來越大的設(shè)備，軟件的復(fù)雜性增加，目前由一個專用的軟件公司和設(shè)備制造商推出了一個功能強(qiáng)大的設(shè)計軟件，下面介紹一些主要設(shè)備制造商和開發(fā)工具。</p><p>　?。?）二十世紀(jì)之后 Altera發(fā)展很快，主要產(chǎn)品為：MAX3000/7000、FELX

25、6K/APEX20 K ACEX 1K 10K、Stratix等其開發(fā)工具。MAX + PLUS II是較為成功的PLD開發(fā)平臺，是最新推出Quartus II軟件。 Altera公司提供了更多綁定第三方VHDL綜合工具的設(shè)計輸入工具，如：集成的高速FPGA軟件系列Leonard，最新版本的仿真軟件ModelSim。</p><p>　?。?）Xilinx FPGA開發(fā)商。Xilinx FPGA產(chǎn)品有很多種，主要

26、是：XC9500/4000、Coolrunner (XPLA3)、Spartan、Vertex等系列。最好的Vertex-II Pro器件具有達(dá)到800萬個門電路。一般來說，在歐洲、日本和亞太地區(qū)的很多人，和在美國是50%的人使用Xilinx和Altera。全球PLD/FPGA產(chǎn)品60%以上是由Altera和Xilinx提供的?？梢哉f，Altera和Xilinx聯(lián)合確定PLD技術(shù)的發(fā)展方向。</p><p>　　

27、（3）Lattice-Vantis Lattice是一個ISP(系統(tǒng)內(nèi)可編程性)技術(shù)開發(fā)商，ISP技術(shù)大大有助于PLD產(chǎn)品的發(fā)展。在與Altera和Xilinx相比之下，其他開發(fā)工具都是較低的優(yōu)先級。大規(guī)模PLD有比較獨特的競爭力，大規(guī)模PLD足夠強(qiáng)(Lattice并不基于查找表技術(shù)的大規(guī)模FPGA)，并發(fā)起了1999的可編程性，1999的收購vantis(前AMD附屬)，成為第三大可編程邏輯器件的供應(yīng)商。2001年12月，公司收購Ag

28、ere(原朗訊微電子部)的FPGA，主要產(chǎn)品有ispLSI2000/5000/8000、MACH4/5。 </p><p>　　（4）ACTEL的反熔絲（一次性編程器）PLD，由于反熔絲PLD的抗輻射、具有抗高溫和低溫的電阻、而且低功耗、速度更快。因此，在軍事和航空航天領(lǐng)域得到了更好地利用，Altera和Xilinx一般不會參與軍事和航空航天市場。</p><p>　?。?）快速邏輯 PL

29、D/FPGA公司專門生產(chǎn)反熔絲器件。</p><p>　?。?）朗訊科技公司主要采用了通信專用IP核，但PLD/FPGA不是朗訊公司的主要業(yè)務(wù)，在中國使用的只有很少的人。</p><p>　?。?）ATMEL是小規(guī)模PLD公司，它兼容Altera和Xilinx的產(chǎn)品是最常使用的低端產(chǎn)品。</p><p>　?。?）肯尼爾邏輯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的芯片，兼容一些著名PLD/

30、FPGA公司芯片，該芯片設(shè)計一次寫入不可再編程，但采用批量生產(chǎn)成本比較低。</p><p>　?。?）WSI生產(chǎn)的PSD(單芯片可編程外圍芯片)產(chǎn)品，是一種特殊的PLD。如最新PSD8xx、9xx系列集成了私營部門司PLD、EPROM、閃存、支持ISP(編程)，高度集成，主要用于與單一的芯片。</p><p>　　PLD(可編程邏輯器件)是一種方法，您可以完全取代74系列和GAL，解放軍的

31、新電路，只要有一個數(shù)字電路基礎(chǔ)上，將使用計算機(jī)，可以使PLD發(fā)展。PLD在線編程能力和功能強(qiáng)大的開發(fā)軟件，以使工程師們可以在幾天、甚至幾分鐘內(nèi)完成過去幾個星期內(nèi)完成工作，和幾百萬 的 復(fù)雜的設(shè)計集成在一個芯片上，它已逐漸成為一項必不可少的技術(shù)，電子工程師。</p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　EDA技術(shù)在教學(xué)、研究、產(chǎn)品設(shè)計、開

32、發(fā)和制造中起到了很大作用。隨著EDA技術(shù)工藝進(jìn)入亞微米和深度微米時代，對EDA工具提出了更高的求。</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　[1] Li Dong Sheng Electronic design automation and IC design higher education press April 2004. (In C

33、hinese) </p><p>　　[2] Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. Pearson Education, 2002 </p><p>　　[3] Robert K.Dueck Digital Design with CPLD Applications and VHDL Tsinghua University Pr

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