【導讀】EDA的發(fā)展及VHDL的應用

　　

【正文】 這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設計方法、設計過程和設計觀念，促進了 EDA 技術的迅速發(fā)展。 利用 EDA 工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設計、性能分析到設計出 IC版圖或 PCB 版圖的整個過程的計算機上自動處理完成。 現(xiàn)在對 EDA 的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，都有 EDA 的應用。目前 EDA 技術已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA 技術。本文所指的 EDA 技術，主要針對電子電路設計、 PCB 設計和 IC 設計。 EDA設計可分為系統(tǒng)級、電路級和物理實現(xiàn)級。 EDA 常用軟件： EDA 工具層出不窮，目前進入我國并具有廣泛影響的 EDA 軟件有： multiSIM7(原EWB 的最新版本 )、 PSPICE、 OrCAD、 PCAD、 Protel、 Viewlogic、 Mentor、 Graphics、 Synopsys、LSIIogic、 Cadence、 MicroSim， ISE， modelsim 等等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進行電路設計與仿真，同進還可以進行 PCB 自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。 VHDL 的英文全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language,誕生于 1982年。 1987年底， VHDL 被 IEEE 和美國國防部確認為標準硬件描述語言 。自 IEEE 公布了VHDL 的標 準版本， IEEE1076（簡稱 87版 )之后，各 EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL 設計環(huán)境，或宣布自己的設計工具可以和 VHDL 接口。此后 VHDL 在電子設計領域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標準的硬件描述語言。 1993年， IEEE 對 VHDL 進行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴展 VHDL 的內(nèi)容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 標準的 10761993版本，（簡稱 93版）?，F(xiàn)在， VHDL 和 Verilog 作為 IEEE 的工業(yè)標準硬件描述語言，又得到眾多 EDA 公司的支持，在電子工程領域，已成為事實上的通用硬件描述語言。有專家認為，在新的世紀中， VHDL 于 Verilog 語言將承擔起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設計任務。 VHDL語言是一種用于電路設計的高級語言。它在 80年代的后期出現(xiàn)。最初是由美國國防部開發(fā)出來供美軍用來提高設計的可靠性和縮減開發(fā)周期的一種使用范圍較小的設計語言 。 VHDL 的英文全寫是： VHSIC（ Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Descriptiong 。因此它的應用主要是應用在數(shù)字電路的設計中。目前，它在中國的應用多數(shù)是用在 FPGA/CPLD/EPLD 的設計中。當然在一些實力較為雄厚的單位，它也被用來設計 ASIC。 VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結構，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。 VHDL 的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系 統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分 ,及端口 )和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設計實體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設計的基本點 VHDL系統(tǒng)設計的基本點 與其他硬件描述語言相比， VHDL 具有以下特點： 功能強大、設計靈活。 VHDL 具有功能強大的語言結構，可以用簡潔明確的源代碼來描述復雜的邏輯控制。它具有多層次的設計描述功能，層層細化，最后可直接生成電路級描述。 VHDL 支持同步電 路、異步電路和隨機電路的設計，這是其他硬件描述語言雖不能比擬的。 VHDL 還支持各種設計方法，既支持自底向上的設計，又支持自頂向下的設計；既支持模塊化設計，又支持層次化設計。 支持廣泛、易于修改。由于 VHDL 已經(jīng)成為 IEEE 標準所規(guī)范的硬件描述語言，目前大多數(shù) EDA工具幾乎都支持 VHDL，這為 VHDL 的進一步推廣和廣泛應用奠定了基礎。在硬件電路設計過程中，主要的設計文件是用 VHDL 編寫的源代碼，因為 VHDL 易讀和結構化，所以易于修改設計。 強大的系統(tǒng)硬件描述能力。 VHDL 具有多層次的設計描述功能，既可 以描述系統(tǒng)級電路，又可以描述門級電路。而描述既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或結構描述，也可以采用三者混合的混合級描述。另外， VHDL 支持慣性延遲和傳輸延遲，還可以準確地建立硬件電路模型。 VHDL 支持預定義的和自定義的數(shù)據(jù)類型，給硬件描述帶來較大的自由度，使設計人員能夠方便地創(chuàng)建高層次的系統(tǒng)模型。 獨立于器件的設計、與工藝無關。設計人員用 VHDL 進行設計時，不需要首先考慮選擇完成設計的器件，就可以集中精力進行設計的優(yōu)化。當設計描述完成后，可以用多種不同的器件結構來實現(xiàn)其功能。 很強的移植能力。 VHDL 是一種標準化的硬件描述語言，同一個設計描述可以被不同的工具所支持，使得設計描述的移植成為可能。 易于共享和復用。 VHDL 采用基于庫（ Library）的設計方法，可以建立各種可再次利用的模塊。這些模塊可以預先設計或使用以前設計中的存檔模塊，將這些模塊存放到庫中，就可以在以后的設計中進行復用，可以使設計成果在設計人員之間進行交流和共享，減少硬件電路設計。 （ 1）與其他的硬件描述語言相比， VHDL 具有更強的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設計領域最佳的硬件描述語言。強大的行為描述能力是避開具體的器件 結構，從邏輯行為上描述和設計大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。 （ 2） VHDL 豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設計早期就能查驗設計系統(tǒng)的功能可行性，隨時可對設計進行仿真模擬。 （ 3） VHDL 語句的行為描述能力和程序結構決定了他具有支持大規(guī)模設計的分解和已有設計的再利用功能。符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效， 高速的完成必須有多人甚至多個代發(fā)組共同并行工作才能實現(xiàn)。 （ 4）對于用 VHDL 完成的一個確定的設計，可以利用 EDA 工具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動的把 VHDL描述設計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。 （ 5） VHDL 對設計的描述具有相對獨立性，設計者可以不懂硬件的結構，也不必管理最終設計實現(xiàn)的目標器件是什么，而進行獨立的設計。