1、基于 EDA 技术的交通灯设计 1 1 EDA 技术及 VHDL 语言介绍 1.1 概述 EDA 是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是 90 年代初 从 CAD（计算机辅助设计） 、CAM（计算机辅助制造） 、CAT（计算机辅助测试） 和 CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA 技术是以计算机为工具， 根据硬件描述语言 HDL（ Hardware Description language）完成的设计文件，自 动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目 标芯片的适配编译和编程下载等工作。典型的 EDA 工具中必
2、须包含两个特殊的 软件包，即综合器和适配器。综合器的功能就是将设计者在 EDA 平台上完成的 针对某个系统项目的 HDL、原理图或状态图形描述，针对给定的硬件系统组件， 进行编译、优化、转换和综合，最终获得我们欲实现功能的描述文件。综合器在 工作前，必须给定所要实现的硬件结构参数，它的功能就是将软件描述与给定的 硬件结构用一定的方式联系起来。也就是说，综合器是软件描述与硬件实现的一 座桥梁。综合过程就是将电路的高级语言描述转换低级的、可与目标器件 FPGA/CPLD 相映射的网表文件。 适配器的功能是将由综合器产生的王表文件配置与指定的目标器件中， 产生 最终的下载文件，如 JED 文件。适配
3、所选定的目标器件（FPGA/CPLD 芯片）必 须属于在综合器中已指定的目标器件系列。 硬件描述语言 HDL 是相对于一般的计算机软件语言，如：C、PASCAL 而 言的。HDL 语言使用与设计硬件电子系统的计算机语言，它能描述电子系统的 逻辑功能、电路结构和连接方式。设计者可利用 HDL 程序来描述所希望的电路 系统，规定器件结构特征和电路的行为方式；然后利用综合器和适配器将此程序 编程能控制 FPGA 和 CPLD 内部结构，并实现相应逻辑功能的的门级或更底层 的结构网表文件或下载文件。目前，就 FPGA/CPLD 开发来说，比较常用和流行 的 HDL 主要有 ABEL-HDL、AHDL
4、和 VHDL。1 1.2 EDA 技术 1.2.1 EDA 技术的发展与应用 基于 EDA 技术的交通灯设计 2 电子设计技术的核心就是 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，即 IC 设计、电子电路设计和 PCB 设 计。EDA 技术已有 30 年的发展历程，大致可分为三个阶段。70 年代为计算机辅 助设计(CAD)阶段，人们开始用计算机辅助进行 IC 版图编辑、PCB 布局布线， 取代了手工操作。80 年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。与 CAD 相比，CAE
5、除 了有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，实现了工程设计。CAE 的主要功能是：原理图 输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB 后分析。90 年代为电子系统 设计自动化(EDA)阶段。 1.2.2 EDA 技术的基本特征 EDA 代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人 员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的 关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言 （HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件， 这样的设计方法被称为
6、高层次的电子设计方法。下面介绍与 EDA 基本特征有关 的几个概念。 第一， “自顶向下”的设计方法 10 年前，电子设计的基本思路还是选用标准 集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦 建造金字塔，不仅效率低、成本高而且容易出错。 高层次设计是一种“自顶向下”的全新设计方法，这种设计方法首先从系统 设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、 纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证。 然后，用综合优化工具生成具体门电路的网络表，其对应的物理实现级可以是印 刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成 的，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻 辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。 第二，ASIC 设计现代电子产品的复杂度日益提高，一个电子系统可能由数 万个中小规模集成电路构成，这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题。解 决这一问题的有效方法就是采用 ASIC 芯片进行设计。ASIC 按照设计方法的不 基于 EDA 技术的交通灯设计 3
