EDA技术与单片机系统
关键词 EDA技术 单片机
目前，单片机在我国电子系统的设计中已得到广泛的应用，使我国的电子系统智能化水平在广度和深度上发生了质的飞跃。在基于单片机的数字系统设计中，用户能够通过编程方式改变器件逻辑功能只有两条途径：即对单片机的软件编程和特定器件的控制字配置。如果想任意确定器件引脚功能的硬件方式是不可能的。
在数字系统中，尽管采用了单片机和存储器，但仍需大量的中、小规模的数字集成电路来进行各种逻辑控制。而对于系统构成的设计过程只能对器件功能和电路板图分别进行设计和确定，通过设计板来规划系统功能，花大量时间用于元件的选配和系统结构的可行性分析上。这也暴露出基于单片机的数字系统设计上的一个不可逾越的困难。
随着集成技术的发展，FPGA／CPLD（现场可编程逻辑器件／复杂可编程逻辑器件）在EDA（电子设计自动化）基础上的广泛应用，在更高层次上包含了数字技术的优秀部分，向单片机系统进行了挑战。
1 关于FPGA／CPLD和EDA技术
FPGA／CPLD是一种新兴的高密度的可编程逻辑器件，它具有门阵列的高密度和PLD器件的灵活性和易用性，目前已成为一类主要的可编程器件．可编程器件的最大特点是可通过软件编程对其器件的结构和工作方式进行重构，能随时进行设计调整而满足产品升级。使得硬件的设计可以如软件设计一样方便快捷，从而改变了传统数字系统及用单片机构成的数字系统的设计方法、设计过程及设计观念，使电子设计的技术操作和系统构成在整体上发生了质的飞跃。
采用FPGA／CPLD可编程器件，可利用计算机软件的方式对目标器件进行设计，而以硬件的形式实现。既定的系统功能，在设计过程中，可根据需要随时改变器件的内部逻辑功能和管脚的信号方式，借助于大规模集成的FPGA／CPLD和高效的设计软件，用户不仅可通过直接对芯片结构的设计实行多种数字逻辑系统功能，而且由于管脚定义的灵活性，大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量的难度，同时，这种基于可编程芯片的设计大大减少了系统芯片的数量，缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。
EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段，完成的设计文件自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA的仿真测试技术只需要通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作，大大提高了大规模系统电子设计的自动化程度。设计者的工作仅限于利用软件方式，即利用硬件描述语言（如VHDL）来完成对系统硬件功能的描述，在EDA工具的帮助下就可以得到最后的设计结果，这使得对整个硬件系统的设计和修改过程如同完成软件设计一样方便、高效。
2 FPGA／CPLD与单片机
90年代以来，我国单片机的应用经历了一个辉煌的时代。在电子设计数字化的今天，单片机几乎应用到电子设计的各个领域。
但随着应用范围的推广，我们发现单片机并不是万能的，它本身还存在着一些缺陷，有些缺陷甚至是难以解决的。
下面我们从两个方面来看单片机和可编程器件FPGA／CPLD的对比：
（1）单片机的学习效率较低
单片机为适应实时处理的快速要求，它是直接面对硬件的，属较低级的，大多数都使用汇编语言。对每个厂家生产的单片机其汇编语言均不同。所以，使用不同型号的单片机必须学会不同的汇编语言。并且，编程还与硬件连接的方式有关。而FPGA／CPLD可使用标准硬件描述语言VHDL，只要学会一种语言，即可对所有型号的FPGA／CPLD编程。同时，VHDL是一种行为描述语言，它可以不了解系统的硬件结构而编程，远离硬件，打破了软硬件之间的屏障，可做到几分钟设计出一个芯片，使学习和设计的效率大大提高。
（2）单片机本身的速度相对FPGA／CPLD来显得太慢
单片机是用指令排队形式来执行指令的，影响了速度的提高。特别是用于高速采样系统，单片机往往无法胜任。而FPGA／CPLD在实时处理时均为并行工作，速度快。另外，单片机的各引脚功能均为确定，不象FPGA／CPLD那样可根据需要用软件改变各引脚的功能。如需要的话，也可在FPGA／CPLD中设计出一个或多个CPU，达到控制的目的。
因此，FPGA／CPLD在EDA基础上的广泛应用，从某种意义上说，将是对单片机系统的一种背
离。高速发展的FPGA／CPLD不但包括了单片机的所有能力，并兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性及宽口径适用性等多方面的特点。目前我国FPGA／CPLD的应用虽还不平衡，但随着集成技术的飞跃发展；随着硬内核FPGA、激光可编程门阵列（LPGA）等芯片的开发；软硬功能核库的建立，今后的电子系统设计，不分模拟还是数字电路，将总归于EDA。人们只要有一台计算机、一套EDA软件和一片FPGA／CPLD芯片，就能在家完成大规模集成电路合适子系统的设计。由此，EDA技术的高速发展，将为我们打开一个广阔的空间。
参考文献
1 薛宏煦，边计年，苏明．数字系统设计自动化．北京：清华大学出版社，1996
2 杨晖，张凤言．大规模可编程逻辑器件与数字系统设计．北京：北京航空航天大学出版
社，1998
3 潘松，王国栋．VHDL实用教程．成都：电子科技大学出版社，2000
Posted: December 17th, 2008 under cfzw.com.
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