摘 要：eda技術是現(xiàn)代電子設計技術的核心，它在現(xiàn)代集成電路設計中占據(jù)重要地位。隨著深亞微米與超深亞微米技術的迅速發(fā)展，fpga設計越來越多地采用基于vhdl的設計方法及先進的eda工具。本文詳細闡述了eda技術與fpga設計應用。

　　關鍵詞：電子設計自動化；現(xiàn)場可編程門陣列；復雜可編程邏輯器件；專用集成電路；知識產權；甚高速集成電路硬件描述語言

引言

　　21世紀是電子信息產業(yè)主導的知識經(jīng)濟時代，信息領域正在發(fā)生一場巨大變革，其先導力量和決定性因素正是微電子集成電路。硅片技術的日益成熟，特別是深亞微米（dsm，deep sub-micron）和超深亞微米（vdsm，very deep sub-micron）技術，極大促進了集成電路產業(yè)的快速發(fā)展。

　　集成電路發(fā)展經(jīng)歷了電路集成、功能集成、技術集成，直至今天基于計算機軟硬件的知識集成，這標志著傳統(tǒng)電子系統(tǒng)已全面進入現(xiàn)代電子系統(tǒng)階段，這也被譽為進入3g時代，即單片集成度達到1g個晶體管、器件工作速度達到1ghz、數(shù)據(jù)傳輸速率達到1gbps。

　　eda（electronic design automation，電子設計自動化）技術基于計算機輔助設計，它融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理技術、智能化技術的最新成果，以實現(xiàn)電子產品的自動設計。eda是現(xiàn)代電子設計技術的核心，在現(xiàn)代集成電路設計中占據(jù)重要地位。fpga（field programmable gate array，現(xiàn)場可編程門陣列）作為可編程邏輯器件的典型代表，它的出現(xiàn)及日益完善適應了當今時代的數(shù)字化發(fā)展浪潮，它正廣泛應用在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計中。

eda技術與fpga原理

1．eda技術特征

　　eda是電子設計領域的一場革命，它源于計算機輔助設計（cad，computer aided design）、計算機輔助制造（cam，computer aided made）、計算機輔助測試（cat，computer aided test）和計算機輔助工程（cae，computer aided engineering）。利用eda工具，電子設計師從概念、算法、協(xié)議開始設計電子系統(tǒng)，從電路設計、性能分析直到ic版圖或pcb版圖生成的全過程均可在計算機上自動完成。

　　eda代表了當今電子設計技術的最新發(fā)展方向，其基本特征是設計人員以計算機為工具，按照自頂向下的設計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分，由硬件描述語言完成系統(tǒng)行為級設計，利用先進的開發(fā)工具自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局布線（par，place and route）、仿真及特定目標芯片的適配編譯和編程下載，這被稱為數(shù)字邏輯電路的高層次設計方法。

　　作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的主導技術，eda具有兩個明顯特征：即并行工程（concurrent engineering）設計和自頂向下（top-down）設計。其基本思想是從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，分為行為描述（behaviour description）、寄存器傳輸級（rtl，register transfer level）描述、邏輯綜合（logic synthesis）三個層次，將設計內容逐步細化，最后完成整體設計，這是一種全新的設計思想與設計理念。

2．fpga原理

　　今天，數(shù)字電子系統(tǒng)的設計方法及設計手段都發(fā)生了根本性變化，正由分立數(shù)字電路向可編程邏輯器件（pld，programmable logic device）及專用集成電路（asic，application specific integrated circuit）轉變。fpga與cpld（programmable logic device，復雜可編程邏輯器件）都屬于pld的范疇，它們在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計中正占據(jù)越來越重要的地位。

　　fpga是由用戶編程來實現(xiàn)所需邏輯功能的數(shù)字集成電路，它不僅具有設計靈活、性能高、速度快等優(yōu)勢，而且上市周期短、成本低廉。fpga設計與asic前端設計十分類似，在半導體領域中fpga應用日益普及，已成為集成電路中最具活力和前途的產業(yè)。同時，隨著設計技術和制造工藝的完善，器件性能、集成度、工作頻率等指標不斷提升，fpga已越來越多地成為系統(tǒng)級芯片設計的首選。

　　fpga由pal（可編程陣列邏輯）、gal（通用陣列邏輯）發(fā)展而來，其基本設計思想是借助于eda開發(fā)工具，用原理圖、狀態(tài)機、布爾表達式、硬件描述語言等方法進行系統(tǒng)功能及算法描述，設計實現(xiàn)并生成編程文件，最后通過編程器或下載電纜用目標器件來實現(xiàn)。

　　fpga器件采用邏輯單元陣列（lca，logic cell array）結構、sdram工藝，其中l(wèi)ca由三類可編程單元組成。

　�。�1）可配置邏輯塊（clb，configurable logic block）：被稱為核心陣列，是實現(xiàn)自定義邏輯功能的基本單元，散布于整個芯片；

　　（2）輸入/輸出模塊（iob，input/output block）：排列于芯片四周，為內部邏輯與器件封裝引腳之間提供可編程接口；

　　（3）可編程互連資源（pi，programmable interconnect）：包括不同長度的連線線段及連接開關，其功能是將各個可編程邏輯塊或i/o塊連接起來以構成特定電路。

　　全球生產fpga的廠家很多，但影響力最大的是xilinx公司和altera公司，世界上第一片fpga是在20世紀80年代中期xilinx公司率先推出的。不同