EDA技术对数字电子电路设计的应用

[摘要]在当前科技不断发展的背景下，数字电子电路设计也在不断更新发展中，传统的电路设计已经难以满足当前市场需求，因而，在数字电子电路设计中引用EDA技术已经成为一个重要的趋势。对此，笔者对数字电子电路设计中EDA技术的应用路径进行了相关探究，主要介绍了EDA技术特点，并简要介绍了EDA技术的设计流程，同时着重阐述了可编程逻辑器（PLD）及VHSIC硬件描述语言（VHDL），并通过实际的操作分析EDA技术在数字电子电路设计中的应用。

[关键词]数字电子电路；EDA技术；应用；探究

在微电子技术飞速发展的背景下，数字电子电路的设计的难度也在不断加大，电子产品翻新的速度也在不断加快，这给数字电子电路设计带来了较大的压力。EDA技术是数字电子电路的设计中较为先进的技术，具有其他技术不具备的优势，使数字电子电路的设计得到了革命性的发展[1]。EDA技术的优势在于当程序修改错误时，不需要使用额外的硬件电路，且在使用EDA技术进行电子产品设计时能够使电子产品的成本降低和设计周期缩短。因而，EDA技术在数字电子电路设计中得到了越来越广泛的运用，也推动了数字电子电路的设计领域的变革，促进电子产品的发展。对此，我们需要EDA技术在数字电子电路的设计中应用有所了解。

1EDA技术概述

EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）技术是逐渐从计算机辅助测试、计算机辅助制造、计算机辅助设计以及计算机辅助工程中发展而来的[2]。该技术主要是将计算机作为载体，在EDA软件平台上，设计者主要采用硬件描述语言VHDL进行设计，进而由计算机自动完成各项工作。EDA技术是一种融合了当前多种新型技术的新技术，它以计算机为载体，将计算机技术、信息技术、电子技术以及智能技术相互融合起来，进而完成电子产品的自动化设计工作，这样有效促进了电路设计的可操作性以及效率性，不仅保障了电路设计的质量和效率，同时也极大地减轻了设计者的工作强度，同时也降低了电子产品的生产成本。具体来说，EDA技术的特点以及EDA技术设计流程如下。

1.1EDA技术的特点

相比于传统的CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）技术而言，EDA技术具有显著的特点。首先一点，EDA技术在硬件电路选择软件设计方式方面上，它可以选择多种设计输入，如VHDL语言、波形等等，它在完成下载配置前能够在没有硬件设备的情况下能够自行完成。与此同时，它在修改硬件设备也是非常简单、易于操作，这种修改硬件设备的方式和软件程序修改方式非常接近，采用软件测试的方法对其进行测试，这样就能科学有效地设计特定功能的硬件电路[3]。第二点，EDA技术能够仪自动化的形式进行产品直面设计。它可以通过HDL语言和电路原理图等自动化的逻辑编译的相关程序输入其中，并生成相应的目标系统。简单说来，这种技术能够以计算机为依托，从电路功能模拟、电路性能分析、电路的设计以及优化、电路功能的测试和完善等全部流程都可以以自动化的形式实现。第三点，EDA技术具有较高的集成化特点，并可以自身构成片上系统。EDA技术在数字电子电路设计中是以芯片为载体进行设计的一种设计方式。因而，当前大规模集成线路的不断发展能够有效促进繁杂的芯片设计工作的完成，同时也能够完成专业化的集成电路设计[4]。第四点，EDA技术可以大大提高系统升级的工作效率，它能够当场进行目标系统的编程，实现有效的系统升级。第五点，EDA技术具有自动化的特点，且进行技术开发的时间并不长，且能够有效节约设计的费用，避免了资源的浪费，同时EDA技术也具有极大的灵活性和实用性，可操作性较强。

1.2EDA技术设计流程简介

EDA技术对于数字电子电路设计的意义可以认为是它将推动了数字电子电路设计的一个发展变革，使其进入了一个发展的新时期。传统的电路设计的模式多是以硬件搭试调试焊接的方式，而E-DA技术以计算机自动化的设计模式对传统的电路设计模式进行了创新。EDA技术设计流程主要包含8个流程依次为[5]：设计指标设计输入（将电路系统采用一定的表达式输入计算机，其中包括图形输入以及文本输入）逻辑编译（将设计者在EDA中输入的图形或文本进行有效的编排转化）逻辑综合（将电路中高级的语言转化为低级的，并与基本结构相应射）器件适配（将由综合器产生的网表文件配置到指定文件中，使之能够下载文件）功能仿真（跟进吧算法和仿真库对涉及进行模拟，以验证其涉及是否和要求一致）下载编程（将适配后生成的配置文件和下载文件以编程器下载）目标系统。

2可编程逻辑器件

数字逻辑编辑器具有自身的发展历程，一般可以将其分为分立元件、中小型标准芯片以及可编程逻辑器件等三个阶段。对逻辑器分类方面可以将其分为固定逻辑器和可编程逻辑器。其中固定逻辑器的电路是固定的、不可变的，而可编程逻辑器则可以为使用者提供多种逻辑能力，也可以在不同的时间内进行改变，进而完成不同的功能[6]。可编程逻辑器件（programmablelogicdevice，PLD）产生于通用集成电路，根据使用者对器件编程来确定其逻辑功能。可编程逻辑器件具有较高的集成度，一般能够满足大多数数字系统设计的需求。在科学技术快速发展的情况下，可编程逻辑器件也随之不断发展。当前，可编程逻辑器件已经成为解决逻辑方案的首选，这主要是因为它能够根据用户的需求进行相应的产品功能增加以及产品升级，且操作较为简便，具有低成本、低消耗、多功能、高集成性等优势。与此同时，当前一些公司也在不断对其进行研究，不断完善可编程逻辑器件的功能，并获得了较为显著的效果，如Altra公司的FLEX10K的系列产品、Xilinx公司的XC4000的系列产品[7]。

3VHSIC硬件描述语言

VHSIC硬件描述语言（Very-High-SpeedInte-gratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，VHDL）是电路设计中使用的一种高级语言，主要在20世纪80年代由美国国防部认定的标准硬件描述语言，之后其他公司纷纷推出了VHSIC硬件描述语言设计环境。对此，我们需要对VHSIC硬件描述语言具有一个较为清晰的了解。数字电子电路设计的第一步就是使用EDA技术以及相应的软件开发工具进行设计输入。简单地说就是简要描述电路设计、硬件设计以及测试方法。在设计一些规模不大的数字电子电路时，一般硬件描述的方式为原先的时序波在设计一些大规模的数字电子电路时，其描述方式就需要采用具有较强针对性的硬件描述语言。VHSIC硬件描述语言不仅能够详细描述硬件电路的功能、定时与信号连接的关系，而且还能采用简洁的模式准确描述硬件电路中逻辑较为抽象的部分[8]。由于VHSIC硬件描述语言具有详细准确描述硬件电路功能的特征，因而，VHSIC硬件描述语言成为EDA技术在数字电子电路设计中最为常用的设计输入方式和描述语言。在数字电子电路设计中，VHSIC硬件描述语言已经成为使用最为广泛的硬件电路应用描述语言。这主要是因为VHSIC硬件描述语言具有硬件特点的语句，其结构和语法具有高级计算机具有高度相似性。除此之外，VHSIC硬件描述语言在程序结构上也有着十分明显的优势，它进行实体设计时能够将其设为可视部分和不可视部分。从中可以发现，VHSIC硬件描述语言与综上所述，可以看出VHDL硬件描述语言比传统的其他硬件描述语言相比，如AHDL、VBLE，具有强大的描述功能，能够有效规避器件的复杂结构，进而对数字电子电路设计进行有效的描述[9]。具体说来，与其他硬件描述语言相比，VHSIC硬件描述语言的特点主要有以下几个方面：其一，具有强大的功能以及灵活的设计。这主要是VHSIC硬件描述语言有着功能强大的语言结构，能够采用简短的语言进行复杂逻辑的描述；同时，它也具备多层次的设计功能，支持多种设计方法。其二，具有广泛的支持性，且易于修改。由于VHSIC硬件描述语言已经成为使用最为广泛应用描述语言，因而具有广泛的支持性；由于其结构化和易读化的特征，因而易于修改。其三，系统硬件描述能力强大，VHSIC硬件描述语言可以进行结构描述、寄存器传输描述、行为描述，也可以进行三者混合描述。其四，与器件设计相对独立，在进行VHSIC硬件描述语言可以不用考虑器件设计情况，专心用于VHSIC硬件描述语言设计的优化。其五，移植能力强，能够共享。VHSIC硬件描述语言设计完成后可以将成果进行分享，避免电路的重复设计。除此之外，VHSIC硬件描述语言还具有其他的特征：其一，VHSIC硬件描述语言属于设计输入语言，它能够通过计算机详细描述硬件电路的运行状态，并将其与数字电路的设计系统自动综合。其二，VHSIC硬件描述语言是常用的测试语言，它能够以测试基准对数字电子电路进行可以仿真与模拟，进而判断其功能情况。其三，VHSIC硬件描述语言是标准化语言，它是当前设计语言中使用最为广泛的语言之一，也是当前电子领域普遍认可的标准化语言。其四，VHSIC硬件描述语言是可读性语言，它不仅可以被计算机识读，同时也可以被设计者识读。其五，VHSIC硬件描述语言一种网表语言，它独特的语言结构让其在计算机设计中工作较好，同时它在设计工具间联系的格式中属于低级设计工具，即它在门级网表文件形成中具有相互转化的功能和高度兼容性。

4EDA技术在数字电子电路设计中的应用

我们可以通过设计一个数字钟电路来展现E-DA技术在数字电子电路设计中的应用，该数字电路钟能够显示秒、分、时。

4.1准备的设备

本次实验主要是选用FPGA芯片EDA技术实验工具以及电子计算机。

4.2实验设计方法

依照EDA技术的设计规范进行分层设计，其内容包括数字钟；时计数、分计数、秒计数以及译码显示；24进位制计数器、60进位制计数器以及译码显示电路。在VHDL语言描述上，要使用VHDL语言对60进位制计数器、24进位制计数器进行描述编程，并将两者进位标准进行调整，使其一致。关于译码显示电路的设计。在设计中可以使用动态译码扫描处理电路进行处理，这能够某个时间点点亮单个数字码而达到6个同时显示的视觉效果，这样不仅将电路能耗降到最低，同时也节约了器件资源，并延长了器件的使用寿命[11]。关于顶层设计，在这一设计中需要建立在底层设计模块的基础上，通过原理图方法将两者进行有机的融合，进而获得一个完整电路。

4.3编译下载

采用编译仿真的方式对编程设计进行复制移动于FPGA芯片中，这就完成了基本的设计。之后需要对本次设计进行相应的检验，采用实验工具箱来检验本次设计的精确度，如存在错误，需要直接在计算机环境下修改程序，之后再次进行编译下载。在当前数字电子电路设计中，EDA技术是较为先进的技术，具有自身独特的优势，为数字电子电路设计带了革命性的发展。在数字电子电路设计中应用EDA技术已经成为当前电路发展的大势所趋。当今，我国在数字电子电路设计中还有所欠缺，因而，我们需要不断加强EDA技术以及数字电子电路设计的研究工作，加大科研投入，不断对技术进行更新发展，进而推动我国电子技术的发展，增强我国的科技实力。

作者：廖慧惠 马宁 单位：安徽工业经济职业技术学院 安徽广播电视大学