可編程邏輯器件的發展歷程及概述-資料下載頁

　　

【正文】 行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。這三家都是ASIC設計領域相當有名的軟件供應商。其它公司的軟件相對來說使用者較少。中國華大公司也提供ASIC設計軟件（熊貓2000）；另外近來出名的Avanti公司，是原來在Cadence的幾個華人工程師創立的，他們的設計工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常適用于深亞微米的IC設計。下面按用途對IC設計軟件作一些介紹。 ①設計輸入工具 這是任何一種EDA軟件必須具備的基本功能。像Cadence的poser，viewlogic的viewdraw，硬件描述語言VHDL、Verilog HDL是主要設計語言，許多設計輸入工具都支持HDL（比如說multiSIM等）。另外像ActiveHDL和其它的設計輸入方法，包括原理和狀態機輸入方法，設計FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設計的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開發工具Modelsim FPGA等。 ②設計仿真工作 我們使用EDA工具的一個最大好處是可以驗證設計是否正確，幾乎每個公司的EDA產品都有仿真工具。VerilogXL、NCverilog用于Verilog仿真，Leapfrog用于VHDL仿真，Analog Artist用于模擬電路仿真。Viewlogic的仿真器有：viewsim門級電路仿真器，speedwaveVHDL仿真器，VCSverilog仿真器。Mentor Graphics有其子公司Model Tech出品的VHDL和Verilog雙仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys用的是VSS（VHDL仿真器）。現在的趨勢是各大EDA公司都逐漸用HDL仿真器作為電路驗證的工具。 ③綜合工具 綜合工具可以把HDL變成門級網表。這方面Synopsys工具占有較大的優勢，它的Design Compile是作為一個綜合的工業標準，它還有另外一個產品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。 另外最近美國又出了一個軟件叫Ambit，據說比Synopsys的軟件更有效，可以綜合50萬門的電路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收購，為此Cadence放棄了它原來的綜合軟件Synergy。隨著FPGA設計的規模越來越大，各EDA公司又開發了用于FPGA設計的綜合軟件，比較有名的有：Synopsys的FPGA Express， Cadence的Synplity， Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟件占了市場的絕大部分。 ④布局和布線 在IC設計的布局布線工具中，Cadence軟件是比較強的，它有很多產品，用于標準單元、門陣列已可實現交互布線。最有名的是Cadence spectra，它原來是用于PCB布線的，后來Cadence把它用來作IC的布線。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble標準單元布線器；Gate Ensemble門陣列布線器；Design Planner布局工具。其它各EDA軟件開發公司也提供各自的布局布線工具。 ⑤物理驗證工具 物理驗證工具包括版圖設計工具、版圖驗證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。 ⑥模擬電路仿真器 前面講的仿真器主要是針對數字電路的，對于模擬電路的仿真工具，普遍使用SPICE，這是唯一的選擇。只不過是選擇不同公司的SPICE，像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE現在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，HSPICE作為IC設計，其模型多，仿真的精度也高。 PLD設計工具 PLD（Programmable Logic Device）是一種由用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設計方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態機、布爾表達式、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，最后用編程器或下載電纜，由目標器件實現。生產PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為Altera、Xilinx和Lattice公司。 PLD的開發工具一般由器件生產廠家提供，但隨著器件規模的不斷增加，軟件的復雜性也隨之提高，目前由專門的軟件公司與器件生產廠家使用，推出功能強大的設計軟件。下面介紹主要器件生產廠家和開發工具。 ①ALTERA：20世紀90年代以后發展很快。主要產品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開發工具MAX+PLUS II是較成功的PLD開發平臺，最新又推出了Quartus II開發軟件。Altera公司提供較多形式的設計輸入手段，綁定第三方VHDL綜合工具，如：綜合軟件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟件ModelSim。 ②ILINX：FPGA的發明者。產品種類較全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列，其最大的VertexII Pro器件已達到800萬門。開發軟件為Foundation和ISE。通常來說，在歐洲用Xilinx的人多，在日本和亞太地區用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以講Altera和Xilinx共同決定了PLD技術的發展方向。 ③LatticeVantis：Lattice是ISP（InSystem Programmability）技術的發明者。ISP技術極大地促進了PLD產品的發展，與ALTERA和XILINX相比，其開發工具比Altera和Xilinx略遜一籌。中小規模PLD比較有特色，大規模PLD的競爭力還不夠強（Lattice沒有基于查找表技術的大規模FPGA），1999年推出可編程模擬器件，1999年收購Vantis（原AMD子公司），成為第三大可編程邏輯器件供應商。2001年12月收購Agere公司（原Lucent微電子部）的FPGA部門。主要產品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。 ④ACTEL：反熔絲（一次性燒寫）PLD的領導者。由于反熔絲PLD抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，所以在軍品和宇航級上有較大優勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。 ⑤Quicklogic：專業PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區銷售量不大。 ⑥Lucent：主要特點是有不少用于通訊領域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業務，在中國地區使用的人很少。 ⑦ATMEL：中小規模PLD做得不錯。ATMEL也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質上與原廠家還是有一些差距，在高可靠性產品中使用較少，多用在低端產品上。 ⑧Clear Logic：生產與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，這種芯片可將用戶的設計一次性固化，不可編程，批量生產時的成本較低。 ⑨WSI：生產PSD（單片機可編程外圍芯片）產品。這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP（在線編程），集成度高，主要用于配合單片機工作。 順便提一下：PLD（可編程邏輯器件）是一種可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路，只要有數字電路基礎，會使用計算機，就可以進行PLD的開發。PLD的在線編程能力和強大的開發軟件，使工程師可以幾天，甚至幾分鐘內就可完成以往幾周才能完成的工作，并可將數百萬門的復雜設計集成在一顆芯片內。PLD技術在發達國家已成為電子工程師必備的技術。 其它EDA軟件 ①VHDL語言：超高速集成電路硬件描述語言（VHSIC Hardware Deseription Languagt，簡稱VHDL），是IEEE的一項標準設計語言。它源于美國國防部提出的超高速集成電路（Very High Speed Integrated Circuit，簡稱VHSIC）計劃，是ASIC設計和PLD設計的一種主要輸入工具。 ②Veriolg HDL：是Verilog公司推出的硬件描述語言，在ASIC設計方面與VHDL語言平分秋色。 ③其它EDA軟件如專門用于微波電路設計和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領域的工具，在此就不作介紹了。 3 EDA的應用 EDA在教學、科研、產品設計與制造等各方面都發揮著巨大的作用。在教學方面，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開設了EDA課程。主要是讓學生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語言編寫規范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統的設計。一般學習電路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD開發工具（如Altera/Xilinx的器件結構及開發系統），為今后工作打下基礎。 科研方面主要利用電路仿真工具（multiSIM或PSPICE）進行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進行產品測試；將CPLD/FPGA器件實際應用到儀器設備中；從事PCB設計和ASIC設計等。 在產品設計與制造方面，包括計算機仿真，產品開發中的EDA工具應用、系統級模擬及測試環境的仿真，生產流水線的EDA技術應用、產品測試等各個環節。如PCB的制作、電子設備的研制與生產、電路板的焊接、ASIC的制作過程等。 從應用領域來看，EDA技術已經滲透到各行各業，如上文所說，包括在機械、電子、通信、航空航航天、化工、礦產、生物、醫學、軍事等各個領域，都有EDA應用。另外，EDA軟件的功能日益強大，原來功能比較單一的軟件，現在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機械及建筑設計，也擴展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機的模型、電影特技等領域。 4 EDA技術的發展趨勢 從目前的EDA技術來看，其發展趨勢是政府重視、使用普及、應用廣泛、工具多樣、軟件功能強大。 中國EDA市場已漸趨成熟，不過大部分設計工程師面向的是PCB制板和小型ASIC領域，僅有小部分（約11%）的設計人員開發復雜的片上系統器件。為了與臺灣和美國的設計工程師形成更有力的競爭，中國的設計隊伍有必要引進和學習一些最新的EDA技術。 在信息通信領域，要優先發展高速寬帶信息網、深亞微米集成電路、新型元器件、計算機及軟件技術、第三代移動通信技術、信息管理、信息安全技術，積極開拓以數字技術、網絡技術為基礎的新一代信息產品，發展新興產業，培育新的經濟增長點。要大力推進制造業信息化，積極開展計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助工藝（CAPP）、計算機機輔助制造（CAM）、產品數據管理（PDM）、制造資源計劃（MRPII）及企業資源管理（ERP）等。有條件的企業可開展“網絡制造”，便于合作設計、合作制造，參與國內和國際競爭。開展“數控化”工程和“數字化”工程。自動化儀表的技術發展趨勢的測試技術、控制技術與計算機技術、通信技術進一步融合，形成測量、控制、通信與計算機（M3C）結構。在ASIC和PLD設計方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方面發展。 外設技術與EDA工程相結合的市場前景看好，如組合超大屏幕的相關連接，多屏幕技術也有所發展。 中國自1995年以來加速開發半導體產業，先后建立了幾所設計中心，推動系列設計活動以應對亞太地區其它EDA市場的競爭。 在EDA軟件開發方面，目前主要集中在美國。但各國也正在努力開發相應的工具。日本、韓國都有ASIC設計工具，但不對外開放。中國華大集成電路設計中心，也提供IC設計軟件，但性能不是很強。相信在不久的將來會有更多更好的設計工具在各地開花并結果。據最新統計顯示，中國和印度正在成為電子設計自動化領域發展最快的兩個市場，年夏合增長率分別達到了50%和30%。 EDA技術發展迅猛，完全可以用日新月異來描述。EDA技術的應用廣泛，現在已涉及到各行各業。EDA水平不斷提高，設計工具趨于完美的地步。EDA市場日趨成熟，但我國的研發水平仍很有限，尚需迎頭趕上。EDA技術EDA 是英文“ Electronics Design Automation （電子設計自動化）”的縮寫， EDA 技術是 90 年代迅速發展起來的，是現代電子設計的最新技術潮流，是綜合現代電子技術和計算機技術的最新研究成果，是從事電子線路設計與分析的一門技術，包括電子線路的設計、計算機模擬仿真和電路分析、印制電路板的自動化設計三個方面的內容。 傳統的電子產品的設計必須經過設計方案的提出、電原理圖設計、初步驗證、樣機制作、小批量試制、大批量生產等幾個過程。對于電子產品設計工程師而言，必須保證理論設計、初步驗證兩個過程完全正確，才能按電路原理圖繪制成電路板圖，并進行進一步的生產。 其電子產品設計驗證工作很多都是按照設計完成的電路圖在面包板或自制的印制電路板上進行安裝，然后再用電源、信號發生器、示波器等各種測試儀表來加以驗證。這種做法的最大缺點是制作測試電路板的過程費時、費力又損耗材料，如果結果有誤還要花大量的精力來弄清是設計的錯誤還是電路制作時的問題，這種方法在早期設計小型電路時還是可以應付的，隨著電路規模越來越大、復雜度越來越高，這種設計方法已經不能適應現代設計的需要。 隨著計算機軟件技術的發展，現代電子設計發生了革命性的變化， 利用 EDA 工具，電子設計師可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析、器件制作到設計印制電路板的整個過程在計算機上自動處理完成。 這種由軟件進行驗證的設計方法克服了傳統方法的缺點，更由于這種方式可以事先排除大部分設計上的缺陷，使得設計工程師可以將大量的精力用于設計而不是用于調試，因此大大提高了設計速度，使得新產品可以更快地推出，為企業產生更多的經濟效益，解決了原來的設計和調試的問題。 另外，從 20 世紀 70 年代初，計算機軟件設計人員就開始解決電子設計方面的另一個問題，即電路板設計問題，設計出許多種電路板設計軟件，從最早的僅僅將紙上的布線變成計算機的手工布線，到現在的自動布線