电子系统设计自动化方法和设计环境的研究

文章摘要：电子系统自动化设计的设计流程可以抽象为图1所示的模式。首先，设计师根据所要求设计的电子系统的性能描述和设计限制建立设计概念，即建立该系统的信号流程框图。在ASEDA中选出这些模块后，进入ASEDA的层次化综合、优化设计框架。然后，以电路图或者是文本格式的文件输出，作为版图设计级的输入，最后形成VHDL描述。 图1 电子系统自动化设计流程 层次化的综合设计是将系统和设计限制逐级分解为更小的部件和设计限制进行设计综合，而在每一层中电路的分析综合和优化过程是一致的。首先，是读入性能要求和设计限制文件，这些性能要求和设计限制在最高层是由用户直接提出的，而在低层次上是由上一层自动生成的，这样用户在设计

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　　电子系统自动化设计的设计流程可以抽象为图1所示的模式。首先，设计师根据所要求设计的电子系统的性能描述和设计限制建立设计概念，即建立该系统的信号流程框图。在ASEDA中选出这些模块后，进入ASEDA的层次化综合、优化设计框架。然后，以电路图或者是文本格式的文件输出，作为版图设计级的输入，最后形成VHDL描述。
　

图1 电子系统自动化设计流程

　　层次化的综合设计是将系统和设计限制逐级分解为更小的部件和设计限制进行设计综合，而在每一层中电路的分析综合和优化过程是一致的。首先，是读入性能要求和设计限制文件，这些性能要求和设计限制在最高层是由用户直接提出的，而在低层次上是由上一层自动生成的，这样用户在设计时并不需要了解底层的详细设计情况，从而方便了用户设计。第二步，是根据性能要求和设计限制在相应层次的宏模型库中选取适当的宏模型拓扑结构，在选取上可采用模糊匹配的原则，为用户提供一个或若干个拓扑结构以供选择。

　　若用户对系统自动选择的拓扑结构满意，可以直接进行下一步的设计，否则可以自行修改拓扑结构甚至重新构造新的拓扑结构。然后，由宏模型自动建立工具对修改后的或新建的拓扑结构进行分析，建立相应的宏模型，并补充到相应层次的宏模型库中，进行下一步的设计。由于电路，尤其是模拟电路的拓扑结构千变万化，一个单元库不可能满足所有用户需求，往往需要构造新的电路拓扑，因而，电路宏模型的自动建立对提高设计效率至关重要。

　　在确定拓扑结构后就可以进行参数优化和宏模型仿真。优化以输入的设计要求和设计限制作为优化目标，可以是性能指标的优化，也可以是产量的优化。优化方法包括最速下降法、模拟退火法等。最速下降法求解速度快，往往只能得到局部最优解；模拟退火法虽然求解速度很慢，但可以得到全局最优解。随着计算机技术的不断发展，模拟退火法逐步受到重视，并得到了广泛的应用。

　　宏模型仿真方面既可以使用符号模拟也可以使用数值模拟来进行模拟验证工作，用以验证优化结果。当验证结果不满足设计要求时，需要重新进行拓扑选择和参数优化。在每一层次中都做这样的仿真，尽管增加了设计的工作量，然而，由于这样做避免了将某一层中的设计错误带入到下一层中，因而使自顶向下的设计能够一次完成，不仅提高了设计成功率，而且提高了整个设计系统的效率。

　　当通过宏模型仿真后就该为进行下一层次的设计做准备工作。首先，将该层的拓扑结构分解成各子模块；然后，根据各子模块分解性能要求和设计限制，即为各子模块确定各自的性能指标与设计限制。这部分的工作也十分重要，它直接关系到下一层的设计能否顺利进行，并得到所需的设计结果。OASYS在这方面作了大量的研究工作，取得了一定的进展，并有一些成功应用。分解完后可转入对各子模块的设计，即进行下一层次的设计，该过程与以上介绍的设计过程是一致的。不断进行该设计过程，直至完成整个系统的设计工作。

　　在实际的设计过程中，各层次模块的单元不一定严格划分，并且可能采取混合的模块选取构成电路和系统的拓扑结构，因此在库单元文件的构成中把各层次的模块设置于同一层，以方便各层次模块的选取。各层次的模块下有各种不同类型的模块定义，针对某一模块而言，其功能描述是一一对应的，而实现其功能的结构形式可以是多样的。在功能描述和结构描述的目录下包含各自的属性描述。功能描述的属性描述是该模块实现的功能特征，以便在综合过程中搜索调用。每一个结构描述给出了实现功能特征的不同结构形式及各自的性能特征。最后，为了系统的稳定和安全，功能和结构描述的属性都具有当前和备份两个文件。

　　此外，用户还可以根据需要将自己定义的模块或多级模块加入功能块库中。这些自定义的模块实际上是用户编写的代表特定功能的源程序，一旦将这些模块所代表的行为通过源程序定义下来，ASEDA就会自动产生所需的库文件和数据库。这些自定义模块和多级模块生成之后，可以像单元库中的其它模块一样来使用。

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