王心奕 王海迪 高鼎 楊宗愷

摘? 要：本文對于提升數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)課程以及EDA課程的教學(xué)效率及效果進(jìn)行闡述，從多種設(shè)計輸入手段綜合應(yīng)用EDA技術(shù)教育課程這一方面進(jìn)行剖析，并提出相應(yīng)的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：EDA技術(shù);實(shí)驗(yàn)應(yīng)用;輸入手段

1關(guān)于EDA技術(shù)及其特點(diǎn)

EDA（電子設(shè)計自動化）技術(shù)即是集成電路設(shè)計方法中非常重要的組成部分，其影響并決定了所有高性能集成電路的相關(guān)設(shè)計方法。作為現(xiàn)如今電子設(shè)計技術(shù)的核心，其通過強(qiáng)大的計算機(jī)對以HDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成設(shè)計文件，自動完成邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合和邏輯優(yōu)化和仿真測試等功能。EDA技術(shù)將微電子技術(shù)和現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)結(jié)合起來，打破了軟硬件的壁壘，使計算機(jī)軟件技術(shù)與硬件實(shí)現(xiàn)、軟件性能和硬件指標(biāo)、設(shè)計效率和產(chǎn)品性能合二為一，其代表了電子設(shè)計技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。簡單地說，EDA就是立足于計算機(jī)工作平臺而開發(fā)出來的一整套先進(jìn)的設(shè)計電子系統(tǒng)的軟件工具。傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)通常采用搭積木的方式設(shè)計，即由一些固定功能的器件加上一定的外圍電路構(gòu)成模塊，由這些模塊進(jìn)一步形成各種功能電路，進(jìn)而構(gòu)成系統(tǒng)。構(gòu)成系統(tǒng)的“積木塊”是各種標(biāo)準(zhǔn)芯片，這些芯片的功能是固定的，用戶只能根據(jù)需要從這些標(biāo)準(zhǔn)器件中選擇，并按照推薦的電路達(dá)成系統(tǒng)。

2關(guān)于EDA設(shè)計流程

熟悉并理解EDA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)的流程對于正確選擇使用EDA軟件、優(yōu)化設(shè)計項目、提高設(shè)計效率都很有幫助。EDA開發(fā)設(shè)計流程主要是自頂而下，也是EDA軟件本身的組成結(jié)構(gòu)。這有利于有效的排除設(shè)計中出現(xiàn)的問題，提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

3關(guān)于設(shè)計輸入手段的綜合應(yīng)用分析

3.1總述EDA設(shè)計輸入手段

EDA工具大致可以分為設(shè)計輸入編輯器、仿真器、HDL綜合器、適配器（布局布線器）以及下載器這五個模塊。其中HDL綜合器是將描述語言轉(zhuǎn)化為硬件電路的重要工具軟件。而作為EDA開發(fā)設(shè)計流程中的第一環(huán)：設(shè)計輸入即原理圖或文本編輯，成為了學(xué)生在學(xué)習(xí)EDA技術(shù)課程中的起點(diǎn)，同時也是學(xué)生開始轉(zhuǎn)換思維接受EDA技術(shù)中設(shè)計思路的開始。在具體設(shè)計之前，詳細(xì)分析設(shè)計要求，確認(rèn)系統(tǒng)的輸入/輸出信號，并為所需要的輸入/輸出信號匹配相應(yīng)的設(shè)計方法，在明確設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，才能使系統(tǒng)設(shè)計有序的開展并進(jìn)行下去。

將電子系統(tǒng)中一切需要表達(dá)的信息以一定的形式輸入到計算機(jī)中，其形式通常包括兩大類型：圖形輸入設(shè)計方法和文本輸入設(shè)計方法。

3.2圖形輸入設(shè)計方法

圖形輸入設(shè)計方法大多情況下為原理圖輸入設(shè)計方法、狀態(tài)圖輸入設(shè)計方法和波形圖輸入設(shè)計方法這三種。在這三者中，學(xué)生較易接受原理圖輸入這一類設(shè)計方法，其最為接近傳統(tǒng)電子設(shè)計方法，設(shè)計過程比較直觀，不需要較多電子系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)知識（如HDL，IP等）。課程中的演示和實(shí)驗(yàn)多能夠便于學(xué)生進(jìn)一步的理解和應(yīng)用。但原理圖輸入的缺點(diǎn)同樣突出，不同的EDA圖形處理工具對圖形的設(shè)計和規(guī)則、存檔格式和圖形編譯方式都不同，兼容性差并難以交換和管理;不適合規(guī)模較大的電路，其設(shè)計易讀性較差，糾錯調(diào)整都較為困難;原理圖確定了設(shè)計中的電路結(jié)構(gòu)和元件，留給綜合適配的優(yōu)化空間有限，無法按照用戶需求進(jìn)行優(yōu)化，其設(shè)計理念與EDA技術(shù)設(shè)計理念以及自頂向下的設(shè)計思路都有較大的偏差。第二種，狀態(tài)圖輸入設(shè)計方法是運(yùn)用繪圖的方式根據(jù)電路不同的控制調(diào)價和轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行繪制，得出狀態(tài)圖，而后由EDA編譯器和綜合器將此狀態(tài)變化流程圖形編譯綜合成電路網(wǎng)表。第三種圖形輸入設(shè)計方法為波形圖輸入方法，這是將設(shè)計的電路視為一個整體，EDA工具即能通過既定的輸入輸出時序波形圖完成對整體的電路設(shè)計。

3.3文本輸入設(shè)計方法

文本輸入設(shè)計方法中重點(diǎn)為HDL文本輸入。這種方式與傳統(tǒng)計算機(jī)語言編輯輸入各方面基本一致。其主要就是將某種硬件描述語言的電路設(shè)計文本，如VHDL或Verilog HDL的源程序，進(jìn)行編輯輸入。硬件描述語言進(jìn)行電路系統(tǒng)設(shè)計時設(shè)計技術(shù)較為齊全，能夠仿真驗(yàn)證以及各方面優(yōu)化，其語言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，易于共享和多次使用。目前大多數(shù)EDA輸入工具可以把圖形的直觀與HDL的優(yōu)勢結(jié)合起立。其中在EDA技術(shù)開發(fā)具有十分重要地位的IP通常是以硬件描述語言HDL源文件的形式出現(xiàn)，應(yīng)用開發(fā)過程與普通HDL設(shè)計十分相似。總體來看，HDL輸入設(shè)計仍然是最基本，最有效和最通用的輸入方法。其中硬件語言VHDL是近年來的教學(xué)重點(diǎn)。VHDL語言多用并行執(zhí)行方式而非一般程序語言的順序執(zhí)行。其優(yōu)點(diǎn)較為突出，系統(tǒng)硬件描述能力強(qiáng)，適合較大的項目以及團(tuán)隊開發(fā);設(shè)計獨(dú)立性強(qiáng);編寫模塊很容易實(shí)現(xiàn)共享和復(fù)用;可以在項目進(jìn)行早期對于功能可行性的仿真模擬;程序可讀性很好，符合人類思維習(xí)慣。

4結(jié)論

綜上所述，本文有利于EDA教學(xué)初始部分，促進(jìn)學(xué)生盡快入門并理解EDA設(shè)計理念和其開發(fā)中多種設(shè)計輸入手段的綜合。通過分析可以看出，輸入設(shè)計方法在EDA技術(shù)課程中有著重要的地位，同時也是學(xué)生們理解的盲點(diǎn)。通過實(shí)踐和教學(xué)兩方面的同時改善，可以使學(xué)生們在EDA技術(shù)課程中掌握一定的語言編寫規(guī)范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并著手簡單系統(tǒng)的設(shè)計。

作者簡介

王心奕（1997—），女，漢，北京，本科，上海理工大學(xué)。