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【摘 要】伴随着集成电路尺寸小型化、规模大型化、设计复杂化的发展趋势，传统的电子设计方法已经不能够满足相关设计需求。本文在分析传统电子设计方法及VHDL技术特点的基础上，对二者之间的区别进行详细分析，得出VHDL技术能够克服传统自下而上的电子设计方法存在的不足，并将成为今后电子设计技术发展的必然趋势。
【关键词】VHDL；电子设计；传统设计方法；对比分析
一、引言
最早是采用分离元器件进行电子系统设计。进入21世纪以来，信息化程度越来越强，以数字化为主要特征的电子信息产品等，已逐步成为社会生活中不可缺少的一部分[1-2]。而传统的电子设计方法无论在性价比还是其他方面，均已经不能满足产品设计需求。在集成电路尺寸小型化、规模大型化、速度高速化、设计复杂化的发展趋势促进下，具有描述语言的VHDL设计技术产生了[3]。它凭借其强大的语言描述能力、长寿命周期、可读性好等特点，已被越来越广泛的应用于电子设计活动中。
二、传统电子设计方法
从二十世纪初到二十世纪末，一直采用传统的电子设计方法进行电子器件设计，其采用自上而下的设计思路[4]，其设计流程为：
（一）参照系统预期功能要求，定义系统功能；
（二）依据系统对硬件功能及其他技术参数等要求，编制详细技术规范书，在此基础上绘制系统控制流程图；
（三）基于技术规范书和所制定的控制流程图，绘制系统功能框图；
（四）进行各功能模块的细化设计，完成电路及固定元器件的设计与选型工作；
（五）进行PCB板设计，并将系统所有模块的硬件电路进行连接；
（六）对所搭建系统进行调试，并对其性能进行测试分析；
传统电子设计方法采用自上而下的设计思想，系统设计过程中若出现错误，很难进行修改或变更，增加了电路设计和测试的难度，使得电子产品设计周期较长、成本较高。
三、VHDL语言特点及开发流程分析
（一）VHDL语言特点
VHDL是用于硬件描述语言的第一个国际标准，具有设计周期短、方便修改、移植性强、开放性强等特点[5]。相比于其他硬件描述语言，它的描述能力更强，直接从逻辑行为上对大规模的电子系统进行描述和设计，降低了直接开发硬件系统的而产生的风险。其主要特点分析如下：
1、强大的语言描述功能。VHDL技术主要用于电路合成、电路描述及电路仿真等环节，能对行为级、门级及寄存器传输级等各种级别工作进行有效描述，它是由抽象设计到实物设计的过程，具有高效、可靠等特点，已逐步成为通用硬件设计的标准技术语言。为进一步推广VHDL技术的应用，目前已出现多种VHDL语言专用编辑器。
2、丰富的模型库。VHDL技术拥有丰富的函数模拟库，提高了系统设计的效率。在系统设计前期，便可对搭建好的系统进行仿真模拟分析，且能实现在硬件制作前的任意阶段对系统结构的修改和完善。有效避免了因设计错误而导致直接生产硬件系统所带来的损失。
3、可读性强。VHDL语言具有较强的可能性，很容易被计算机或工作人员识别和理解。利用源代码能进行复杂控制器设计，具有灵活便捷、便于保存与交流及重复使用的优点。
4、强大的生命能力。一方面，VHDL本身生命周期较长，因为其设计程序和最终工艺实现不具有直接相关性；另一方面，当被用于不同系统设计条件时，只需修改相应函数及参量就可以实现对系统结构的修改，因此基于VHDL设计的源程序能够被长期使用。
5、适用性强。VHDL技术适应性强，具有较大的使用范围，支持用户自定义类型，能够被广泛应用于FPGA、同步电路、异步电路及其它随机电路的设计过程。
（二）开发流程分析
基于VHDL进行系统开发的流程主要包括：文本编辑、功能仿真、逻辑综合、布局布线、时序仿真及编程下载等[6]。
1、文本编辑。利用VHDL专用编辑器或其他任何文本编辑器均可实现对VHDL程序的编辑工作；
2、功能仿真。基于VHDL仿真软件，对所设计的系统进行仿真分析，以确保系统能实现预期功能要求；
3、逻辑综合。将所编写的VHDL源程序文件调入逻辑综合软件，设定约束条件后进行综合处理，即将语言总和为布尔表达式和信号的连接关系，最终生成并保存为“.edf”工业标准文件；
4、布局布线。将“.edf”格式文件调入厂家软件中，进行布局布线，最终将所设计的逻辑安置到PLD/FPGA中；
5、序仿真。基于布局布线过程获得的参数，利用仿真软件对电路的时序进行仿真；
6、编程下载。程序被仿真验证无误后，便可将其下载到目标芯片中。
四、VHDL与传统电子设计方法的比较
VHDL技术与传统电子设计方法的区别主要体现在设计理念、输入方式、重复利用性等方面，具体分析如下：
（一）设计理念不同。传统的电子设计技术常是自顶向上的，要求首先确定最底层电路模块或元件的结构或功能；而VHDL的设计理念则是从功能描述开始，到物理实现结束，规避了直接搭建硬件系统而不能满足预期要求的风险。
（二）输入方式不同。基于传统电子设计方法进行几百张甚至千万张的电子原理图的输入，是很难或几乎不可能实现的。而利用VHDL对系统进行抽象的行为、功能描述，降低了研发成本，同时确保了设计过程的正确性。
（三）受硬件约束程度不同。基于传统电子设计方法进行系统设计，所采用的元器件受到结构和性能的制约，因为不同厂家的产品性能存在一定的差异。相反，VHDL不包含仍和元器件的物理信息，可在任何阶段选择或修改物理元器件。
（四）重复利用性不同。基于传统电子设计方法所设计的系统，不仅性能差、开发成本高，而且由于系统要求的不同，每次设计系统都需要重新购置新的编译软件。VHDL技术采用标准化的设计语言，所设计系统程序具有较强的重复利用性。
五、结束语
相比传统电子设计方法，VHDL技术具有统筹规划性、设计高效性、功能描述性、重复利用性等优点，不断大大缩短产品设计周期，而且降低了研发成本和提高了产品质量。基于VHDL技术进行电路设计，已经成为现代电子设计技术发展的必然趋势，而且今后应用会越来越广泛。
参考文献：
[1]刁修睦.电子设计方法及应用[J].山东纺织经济， 2006（04）： 84-85.
[2]张劭昀，梁佳雯， 郭海双.基于EDA技术的现代电子设计方法[J].电子世界， 2014（16）： 25-26.
[3]张晓军，解大，陈陈.VHDL语言在电子设计自动化中的应用[J].电力自动化设备， 2002（05）： 32-34.
作者简介：梁佳雯，女，1991年7月，湖北武汉，硕士研究生在读，电子科学与技术，贵州师范大学数学与计算机科学学院。
【关键词】VHDL；电子设计；传统设计方法；对比分析
一、引言
最早是采用分离元器件进行电子系统设计。进入21世纪以来，信息化程度越来越强，以数字化为主要特征的电子信息产品等，已逐步成为社会生活中不可缺少的一部分[1-2]。而传统的电子设计方法无论在性价比还是其他方面，均已经不能满足产品设计需求。在集成电路尺寸小型化、规模大型化、速度高速化、设计复杂化的发展趋势促进下，具有描述语言的VHDL设计技术产生了[3]。它凭借其强大的语言描述能力、长寿命周期、可读性好等特点，已被越来越广泛的应用于电子设计活动中。
二、传统电子设计方法
从二十世纪初到二十世纪末，一直采用传统的电子设计方法进行电子器件设计，其采用自上而下的设计思路[4]，其设计流程为：
（一）参照系统预期功能要求，定义系统功能；
（二）依据系统对硬件功能及其他技术参数等要求，编制详细技术规范书，在此基础上绘制系统控制流程图；
（三）基于技术规范书和所制定的控制流程图，绘制系统功能框图；
（四）进行各功能模块的细化设计，完成电路及固定元器件的设计与选型工作；
（五）进行PCB板设计，并将系统所有模块的硬件电路进行连接；
（六）对所搭建系统进行调试，并对其性能进行测试分析；
传统电子设计方法采用自上而下的设计思想，系统设计过程中若出现错误，很难进行修改或变更，增加了电路设计和测试的难度，使得电子产品设计周期较长、成本较高。
三、VHDL语言特点及开发流程分析
（一）VHDL语言特点
VHDL是用于硬件描述语言的第一个国际标准，具有设计周期短、方便修改、移植性强、开放性强等特点[5]。相比于其他硬件描述语言，它的描述能力更强，直接从逻辑行为上对大规模的电子系统进行描述和设计，降低了直接开发硬件系统的而产生的风险。其主要特点分析如下：
1、强大的语言描述功能。VHDL技术主要用于电路合成、电路描述及电路仿真等环节，能对行为级、门级及寄存器传输级等各种级别工作进行有效描述，它是由抽象设计到实物设计的过程，具有高效、可靠等特点，已逐步成为通用硬件设计的标准技术语言。为进一步推广VHDL技术的应用，目前已出现多种VHDL语言专用编辑器。
2、丰富的模型库。VHDL技术拥有丰富的函数模拟库，提高了系统设计的效率。在系统设计前期，便可对搭建好的系统进行仿真模拟分析，且能实现在硬件制作前的任意阶段对系统结构的修改和完善。有效避免了因设计错误而导致直接生产硬件系统所带来的损失。
3、可读性强。VHDL语言具有较强的可能性，很容易被计算机或工作人员识别和理解。利用源代码能进行复杂控制器设计，具有灵活便捷、便于保存与交流及重复使用的优点。
4、强大的生命能力。一方面，VHDL本身生命周期较长，因为其设计程序和最终工艺实现不具有直接相关性；另一方面，当被用于不同系统设计条件时，只需修改相应函数及参量就可以实现对系统结构的修改，因此基于VHDL设计的源程序能够被长期使用。
5、适用性强。VHDL技术适应性强，具有较大的使用范围，支持用户自定义类型，能够被广泛应用于FPGA、同步电路、异步电路及其它随机电路的设计过程。
（二）开发流程分析
基于VHDL进行系统开发的流程主要包括：文本编辑、功能仿真、逻辑综合、布局布线、时序仿真及编程下载等[6]。
1、文本编辑。利用VHDL专用编辑器或其他任何文本编辑器均可实现对VHDL程序的编辑工作；
2、功能仿真。基于VHDL仿真软件，对所设计的系统进行仿真分析，以确保系统能实现预期功能要求；
3、逻辑综合。将所编写的VHDL源程序文件调入逻辑综合软件，设定约束条件后进行综合处理，即将语言总和为布尔表达式和信号的连接关系，最终生成并保存为“.edf”工业标准文件；
4、布局布线。将“.edf”格式文件调入厂家软件中，进行布局布线，最终将所设计的逻辑安置到PLD/FPGA中；
5、序仿真。基于布局布线过程获得的参数，利用仿真软件对电路的时序进行仿真；
6、编程下载。程序被仿真验证无误后，便可将其下载到目标芯片中。
四、VHDL与传统电子设计方法的比较
VHDL技术与传统电子设计方法的区别主要体现在设计理念、输入方式、重复利用性等方面，具体分析如下：
（一）设计理念不同。传统的电子设计技术常是自顶向上的，要求首先确定最底层电路模块或元件的结构或功能；而VHDL的设计理念则是从功能描述开始，到物理实现结束，规避了直接搭建硬件系统而不能满足预期要求的风险。
（二）输入方式不同。基于传统电子设计方法进行几百张甚至千万张的电子原理图的输入，是很难或几乎不可能实现的。而利用VHDL对系统进行抽象的行为、功能描述，降低了研发成本，同时确保了设计过程的正确性。
（三）受硬件约束程度不同。基于传统电子设计方法进行系统设计，所采用的元器件受到结构和性能的制约，因为不同厂家的产品性能存在一定的差异。相反，VHDL不包含仍和元器件的物理信息，可在任何阶段选择或修改物理元器件。
（四）重复利用性不同。基于传统电子设计方法所设计的系统，不仅性能差、开发成本高，而且由于系统要求的不同，每次设计系统都需要重新购置新的编译软件。VHDL技术采用标准化的设计语言，所设计系统程序具有较强的重复利用性。
五、结束语
相比传统电子设计方法，VHDL技术具有统筹规划性、设计高效性、功能描述性、重复利用性等优点，不断大大缩短产品设计周期，而且降低了研发成本和提高了产品质量。基于VHDL技术进行电路设计，已经成为现代电子设计技术发展的必然趋势，而且今后应用会越来越广泛。
参考文献：
[1]刁修睦.电子设计方法及应用[J].山东纺织经济， 2006（04）： 84-85.
[2]张劭昀，梁佳雯， 郭海双.基于EDA技术的现代电子设计方法[J].电子世界， 2014（16）： 25-26.
[3]张晓军，解大，陈陈.VHDL语言在电子设计自动化中的应用[J].电力自动化设备， 2002（05）： 32-34.
作者简介：梁佳雯，女，1991年7月，湖北武汉，硕士研究生在读，电子科学与技术，贵州师范大学数学与计算机科学学院。