1.1 EDA技术及其发展历程

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的英文缩写，是随着集成电路和计算机技术飞速发展应运而生的一种快速、有效、高级的电子设计自动化工具。换句话说， EDA 就是立足于计算机工作平台而开发出来的一整套先进的电子设计软件工具。EDA 工具融合了应用电子技术、计算机技术和智能化技术的最新成果，主要进行三方面的辅助设计工作：集成电路（IC）设计、电子电路设计及印制电路板（PCB）设计。采用EDA技术，用计算机进行模拟、检验、布图和测试，不但能大大减轻人工劳动强度，缩短设计周期，提高设计的可靠性，而且可以在产品生产之前进行各种设计方案的比较、参数的优选，从而提高设计的质量。

EDA技术的发展历程同大规模集成电路技术、计算机技术、可编程逻辑器件，以及电子设计技术和工艺技术的发展是同步的。回顾30多年来电子技术的发展历程，可以将电子设计自动化技术大致分为三个发展阶段，如图1.1所示。

图1.1 EDA技术的不同发展阶段

20世纪70年代到80年代初为CAD阶段，也是EDA技术发展的初级阶段。这一阶段由于受到计算机的运行速度、存储量和图形功能等方面的限制，电子CAD和EDA技术没有形成系统，仅是一些孤立的软件程序。这些软件程序在逻辑仿真、印制电路板（PCB）布局布线和IC版图编辑等方面取代了设计人员烦琐的手工计算和操作，大大提高了电子系统和集成电路设计的效率和可靠性，从而产生了计算机辅助设计的概念。但这些软件一般只有简单的人机交互能力，能处理的电路规模不是很大，计算和绘图的速度都受到限制，而且由于没有采用统一的数据库管理技术，程序之间的数据传输和交换也不方便。

20世纪80年代中后期为CAE阶段，也是EDA技术发展的中级阶段。这一阶段计算机与集成电路技术得到了高速发展，CAD软件主要用来实现模拟与数字电路仿真、集成电路的布局布线、IC版图参数提取与验证、印制电路板的布图与检验、设计文档制作等各设计阶段的自动设计。将这些工具软件集成为一个有机的EDA系统，在工作站或超级微机上运行，它具有直观、友好的图形界面，可以用电原理图的形式输入，以图形菜单的方式选择各种仿真工具和不同的模拟功能。每个工具软件都有自己的元器件库，工具之间有统一的数据库进行数据存放、传输和管理。与初期的CAD相比，这一阶段的软件除了能进行纯粹的图形绘制功能外，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，以实现工程设计，这就是计算机辅助工程（CAE，Computer Aided Engineering）的概念。

20世纪90年代以后是设计自动化阶段，也是EDA技术发展的高级阶段。这个时期微电子技术以惊人的速度发展，一个芯片上可以集成几千万只晶体管，超高速数字集成电路的工作速率已经达到10Gb/s，射频集成电路的最高工作频率已超过6GHz，电子系统朝着多功能、高速度、智能化的趋势发展。例如，数字声广播（DAB）与音响系统、高清晰度电视（HDTV）、多媒体信息处理与传播、光通信等电子系统，它们对集成电路和专用集成电路（ASIC）的容量、速度、频带等都提出了更高的要求，这种高难度的IC要在短时间内正确的设计成功，必须将 EDA 技术提高到一个更高的水平。另一方面，随着集成度的提高，一个复杂的电子系统可以在一个集成电路芯片上实现，这就要求 EDA 系统能够从电子系统的功能和行为描述开始，综合设计出逻辑电路，并自动地映射到可供生产的IC版图，这一过程称为集成电路的高级设计。因此20世纪90年代后的EDA系统真正具有了自动化设计能力，EDA技术被推向成熟和实用，用户只要给出电路的性能指标要求，EDA系统就能对电路结构和参数进行自动化处理和综合，寻找最佳设计方案，通过自动布局布线功能将电路直接形成集成电路的版图，并对版图的面积及电路延时特性进行优化处理。

进入21世纪以后，EDA技术得到了更大的发展，开始步入了一个崭新的时期，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，传统的电路系统设计建模理念发生了重大的变化——软件无线电技术崛起、模拟电路硬件描述语言的表达和设计标准化、在系统可编程模拟器件出现、数字信号处理和图像处理的全硬件实现方案推出、软硬件技术进一步融合等。

② IP（Intellectual Property，知识产权）核在电子行业的产业领域、技术领域和设计领域得到了广泛应用，基于IP核的SoC（System on a Chip，片上系统）高效低成本设计技术趋向成熟，使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能。

③ 在FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）实现DSP（数字信号处理）应用成为可能，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。

④ 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 a Programmable Chip，可编程片上系统）步入了大规模应用阶段，在一片FPGA芯片中实现一个完备的数字信号处理系统成为可能。

⑤ 在仿真和设计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趋于简单。

⑥ EDA 技术使得电子领域各学科的界限更加模糊、更加相互包容和渗透，如模拟与数字、软件与硬件、系统与器件、ASIC与FPGA、行为与结构等的基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块。

EDA技术为现代电子学理论和设计理念的表达与实现提供了可能性。在硬件实现方面， EDA 技术融合了大规模集成电路制造技术、IC 版图设计技术、ASIC 测试和封装技术、FPGA/CPLD 编程下载技术、自动测试技术等；在工程实现方面，EDA 技术融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助工程（CAE）技术及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面，EDA技术则容纳了更多的内容，如电路基础理论、数字信号处理技术、数字系统建模、优化设计技术等。因此，现代EDA技术已经不是某一学科的分支或某种新的技能技术，而应该是一门综合性学科。它融合多学科于一体，又渗透于各学科之中，打破了软件与硬件间的壁垒，使计算机的软件技术与硬件实现、设计效率和产品性能合二为一，它代表了现代电子设计技术和应用技术的发展方向。