集成电路EDA软件概述

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1、人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会发展 离不开电子产品的进步。现代电子产品在性能提高、复杂度增 大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐 也越来越快，实现这种进步的主要因素是生产制造技术和电子 设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表，目前已进展到 深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体 管。后者的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台， 融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制 成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工 作：IC设计，电子电路设计,PCB设计。没有EDA技术的支持， 想要完成上述超大规模集成电路的

2、设计制造是不可想象的，反 过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要 求。EDA技术是指立足于计算机工作平台而开发出来的一整 套先进的设计电子系统的软件工具。通常把门电路、触发器等 成为逻辑器件;将由逻辑器件构成。能执行某单一的功能电路， 如计数、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件；把由逻辑功 能部件组成的能实现复杂能的数字电路称为数字系统。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息 处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、 航空航天

3、、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的 应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广 泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到 飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对 电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA设计可分为系统级、电路 级和物理实现级。EDAX具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有： EWB、 PSPICE、 OrCAD、 PCAD、 Protel、 ViewLogic、 Mentor、 Graphics. Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim 等等。这些工

4、具都有较强 的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与 仿真，同时以可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第 三方软件接口。下面按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿 真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件。在计算机技术的推动下，20世纪末，电子技术获得 了飞速的发展，而电子技术发展的根基是微电子技术的进 步，它表现在大规模集成电路加工技术，即半导体工艺技 术的发展上。表征半导体工艺水平的线宽已经达到60nm 以下，并还在不断地缩小，在硅片单位面积上集成了更多 的晶体管，集成电路设计在不断地向超大规模、极低功耗 和超高速的方向发展；

5、专用集成电路ASIC的成本不断降 低，在功能上，现代的集成电路已能实现SOC的功能。具 体来说，现代EDA技术具有以下一些特点：1）高层综合 和优化为了能更好地支持自顶向下的设计方法，现代的 EDA工具能够在系统级进行综合和优化，这样就缩短了设 计的周期，提高了设计效率。3）开放性和标准化现代 EDA工具普遍采用标准化和开放性框架结构，任何一个 EDA系统只要建立了 一个符合标准的开放式框架结构，就 可以接纳其它厂商的EDAX具一起进行设计工作。这样就 可以实现各种EDA工具间的优化组合，并集成在一个易于 管理的统一环境之下，实现资源共享。不同的EDA开发 工具可以组合使用，共享设计数据，相互

6、间有良好的接口， 有效提高了设计者的工作效率和设计灵活性，为用户提供 了方便。1.2 EDA技术实现目标最终目标：专用集成电 路ASIC的设计和实现ASIC作为最终的物理平台，集中 容纳了用户通过EDA技术将电子应用系统的既定功能和 技术指标具体实现的硬件实体。ASIC：具有专门用途和 特定功能的独立集成电路器件，可以通过三种途径来完 成：1.超大规模可编程逻辑器件 2.半定制或全定制 ASIC 3.混合ASIC 1.超大规模可编程逻辑器件FPGA和 CPLD是实现这一途径的主流器件。二者的开发工具、开 发流程和使用方法与ASIC有类似之处，因此这类器件通 常也被称为可编程专用IC，或可编程A

7、SIC。特点：直接 面向用户，极大的灵活性和通用性，使用方便，硬件测试 和实现快捷，开发效率高，成本低，上市时间短，技术维 护简单，工作可靠性好等。2.半定制或全定制ASIC统 称为掩模ASIC或ASIC，不具备上述可编程ASIC的面向 用户的灵活多样的可编程性。（1）门阵列ASIC。门阵 列芯片包括预定制的相连的PMOS和NMOS晶体管行。EDA 设计时，可以将原理图或HDL模型映射为相应门阵列晶体 管配置，创建一个指定金属互连路径文件。从而完成门阵 列ASIC开发。（2）标准单元ASIC目前大部分ASIC是 使用库（Library）中的不同大小的标准单元设计的，这 类芯片一般称作基于单元的

8、集成电路。库包括不同复杂性 的逻辑元件，并包含每个逻辑单元在硅片级的完整布局， 使用者只需利用EDA软件工具与逻辑块描述打交道即可， 完全不必关心电路布局的细节。设计时，通过EDA软件产 生的网表文件将单元布局块“粘贴”到芯片布局之上的 单元行上即可。（3）全定制芯片在全定制芯片中，在 针对特定工艺建立的设计规则下，设计者对于电路的设计 有完全的控制权，如线的间隔和晶体管大小的确定。3. 混合ASIC定义：既具有面向用户的FPGA可编程功能和 逻辑资源，同时也含有可方便调用和配置的硬件标准单元 模块，如CPU、RAM、ROM、硬件加法器、乘法器、锁相环 等。Xilinx、Atmel和Alter

9、a公司已经推出了这方面的 器件，如Virtex-4系列和StratixII系列等。是SoC 和SoPC的设计实现的便捷途径。1.3 EDA的发展趋势IC 设计发展方向：系统集成芯片1）超大规模集成电路的集 成度和工艺水平不断提高，深亚微米工艺如：0.13m、90nm 已走向成熟，使芯片上完成系统级的集成成为可能。2） 工艺线宽的不断减小，半导体材料上的许多寄生效应不容 忽略，对EDAX具提出了更高的要求。3）市场要求降低 电子系统的成本、减小系统的体积等，即对集成度提出了 更高的要求。设计的速度也非常关键，使EDA 工具和IP 核应用更广泛。4）高性能的EDAX具为嵌入式系统设计 提供了功能强

10、大的开发环境。5）计算机硬件平台性能大 幅提高，为复杂的SoC设计提供了物理基础HDL发展方 向：目前：只提供行为级或功能级的描述，无法完成对 复杂的系统级的抽象描述。趋势：开发系统级的设计语 言。成果：System C、System verilog及系统级混合 仿真工具，可以在同一个开发平台上完成高级语言与标 准HDL语言或其它更低层次描述模块的混合仿真。ASIC 和FPGA将更大程度相互融合。标准逻辑ASIC：优点： 芯片尺寸小、功能强大、耗电低，缺点：设计复杂，有 批量生产要求；PLD：优点：开发费用低廉、能在现场 编程，缺点：体积大、功能有限、功耗较大。互相融合， 取长补短。如将？匚。

11、嵌入标准单元。随着集成技术的不断发展和集成度的提高，集成电路 芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计 工具方面有大的变革。回顾30多年来集成电路设计自动 化的发展进程，大致可分为3个阶段：优点：使设计人 员摆脱了繁复、易出错误的手工画图、机械刻红膜的做法， 大大提高了效率，因而得到了迅速的推广。缺点：逻辑 图输入、逻辑模拟、电路模拟等工作与该系统的版图设计 与版图验证是分别进行的，人们需要对两者的结果进行多 次的比较和修改才能得到正确的设计，有时甚至在投片后 才发现设计错误，需要返工修改，代价昂贵。 computer-aided design 1. 20 世纪 70 年代的第一代设

12、 计自动化系统，称为CAD系统。优点：集逻辑图输入、 逻辑模拟、电路模拟、版图设计与版图验证等工具于一体， 构成了较完整的设计系统，保证了投片流水的一次成功 率。缺点：在一致性检查和后模拟设计最后阶段，一旦 发现错误还需要修改版图或修改电路，仍需付出相当的代 价。 computer-aided engineering 2. 20 世纪 80 年代 的第二代设计自动化系统，称为CAE系统。芯片的复杂 度越来越高，单靠原理图输入不堪承 受，HDL应运而生。 优点：引入了 HDL和行为综合、逻辑综合工具，采用较高 的抽象层次开始设计，并按层次化方法进行管理，可大大 提高处理复杂设计的能力；综合优化工

13、具的使用使芯片的 面积、速度、功耗等都能获得优化，大幅缩短了设计所需 的时间。Electronic Design Automatic 20世纪 90 年 代的第三代设计自动化系统，称为EDA系统。2）采用硬 件描述语言进行设计采用硬件描述语言进行电路与系统 的描述是当前EDA技术的另一个特征。与传统的原理图设 计方法相比，HDL语言更适合描述规模大的数字系统，它 能够使设计者在比较抽象的层次上对所设计系统的结构 和逻辑功能进行描述。采用HDL语言设计的突出优点是: 语言的公开可利用性；设计与工艺的无关性；宽范围的描 述能力；便于组织大规模系统的设计；便于设计的复用、 交流、保存和修改等。目前最常用的硬件描述语言有VHDL 和Verilog HDL,它们都已经成为IEEE标准。