Was ist eine Software für den Schaltungsentwurf?
Softwares für den Schaltungsentwurf sind Softwares, die den Entwurf von integrierten Schaltungen, elektronischen Geräten und elektrischen Schaltungen unterstützen.
Zusammen mit der Hardware zur Unterstützung des Schaltungsentwurfs wird sie manchmal auch als EDA (Electronic Design Automation) bezeichnet. Der Entwurf elektronischer Geräte, der früher manuell erfolgte, kann mit Hilfe von Softwares für den Schaltungsentwurf bis zu einem gewissen Grad automatisch durchgeführt werden, wodurch die Entwicklung beschleunigt und ein sicherer, fehlerfreier Entwurf gewährleistet wird.
Während früher der Entwurf mit Hilfe von Schaltplänen erfolgte, werden beim Entwurf mit Hilfe von Softwares für den Schaltungsentwurf Funktionen in einer speziellen Entwurfssprache beschrieben und automatisch in Schaltungen umgewandelt.
Anwendungen von Softwares für den Schaltungsentwurf
Softwares für den Schaltungsentwurf werden in allen Bereichen eingesetzt, in denen elektronische und elektrische Schaltungen entworfen und entwickelt werden. Bei Halbleiterherstellern wird Software für den Schaltungsentwurf in allen Phasen des Entwurfs eingesetzt, einschließlich des Entwurfs von Bauelementen, des System- und Architekturentwurfs integrierter Schaltungen, des Logikentwurfs, des Schaltungsentwurfs, des Layoutentwurfs und der Simulation in jeder Phase.
Softwares für den Schaltungsentwurf sind auch in den Bereichen Server, IoT-Geräte, medizinische Geräte, Industrieanlagen und Telekommunikationsgeräte nützlich, zum Beispiel beim Entwurf von Leiterplatten, der Platzierung und dem Routing elektronischer Komponenten auf den Platten und der Funktionsprüfung.
Funktionsweise von Softwares für den Schaltungsentwurf
Beim Entwurf mit Software für den Schaltungsentwurf erfolgt der Schaltungsentwurf in folgendem Ablauf:
1. Entwurf mit HDL
Zunächst werden die erforderlichen Funktionen in einer Hardwarebeschreibungssprache (HDL: Hardware Description Language) wie Verilog ausgedrückt. Dieser Teil wird in der Regel manuell vom Konstrukteur durchgeführt, nicht von einer Software für den Schaltungsentwurf.
Einige Systeme können automatisch von einer höheren Entwurfssprache als HDL nach HDL konvertieren, aber in solchen Fällen wird der Entwurf auf Systemebene manuell durchgeführt.
2. Konvertierung in logische Schaltungen
Nachdem der Entwurf in HDL abgeschlossen ist und der Entwurf auf einem Prüfstand verifiziert wurde, um sicherzustellen, dass er wie vorgesehen funktioniert, synthetisiert die Software für den Schaltungsentwurf den HDL-Entwurf in eine logische Schaltung. Die Software für den Schaltungsentwurf verfügt über eine Bibliothek mit Informationen über vorhandene Bauelemente und wählt automatisch das geeignete Bauelement aus der Bibliothek entsprechend den Entwurfsregeln aus.
3. Simulation
Die Softwares für den Schaltungsentwurf führen eine Simulation der durch die Logiksynthese erzeugten logischen Schaltungen durch und überprüfen, ob die geforderten Funktionen erfüllt werden, ähnlich wie ein Prüfstand nach dem HDL-Entwurf. In dieser Phase der Verifizierung werden auch die Timing-Informationen der Bauelemente in der Bibliothek einbezogen, so dass die Verifizierung nicht nur eine einfache Überprüfung ist, ob der Signalwert 0 oder 1 ist, sondern auch eine funktionale Überprüfung, die den Zustand einschließt, in dem der Signalwert unbestimmt ist (X).
4. Layout-Entwurf
Nachdem überprüft wurde, dass die logische Schaltung die funktionalen Anforderungen erfüllt, werden die Bauelemente effizient auf einem Chip oder einer Platine mit definierter Größe platziert und zwischen den Signalen verlegt. Dieser nachfolgende Schritt wird als Layoutentwurf und nicht als Schaltungsentwurf bezeichnet und ist in der Regel nicht in Softwares für den Schaltungsentwurf enthalten.
Weitere Informationen über Softwares für den Schaltungsentwurf
Arten von Hardwarebeschreibungssprachen
Es gibt zwei Arten von Hardwarebeschreibungssprachen, die für den Schaltungsentwurf verwendet werden, nämlich Verilog und VHDL.
1. Verilog
Verilog ähnelt in Notation und Syntax C und Pascal, gilt aber als prägnanter als andere HDLs und ist für Anfänger leichter zu erlernen. Es bietet zahlreiche Funktionen für die Simulation und wurde 1995 als IEEE 1364 standardisiert.
2. VHDL
VHDL ähnelt in Notation und Syntax ALGOL und Ada und verwendet strenge Datentypen, weshalb sie für Anfänger schwierig zu erlernen sein soll. Sie ist funktionsreich und sehr abstrakt und wurde 1987 als IEEE 1076 standardisiert.
Es gibt wesentliche Unterschiede zwischen HDL und Software-Programmiersprachen. Bei der Programmierung von Software läuft die Verarbeitung grundsätzlich sequentiell in der Reihenfolge ab, in der sie beschrieben wird. Das liegt daran, dass Software auf einer einzigen CPU läuft und nicht mehrere Prozesse gleichzeitig parallel ablaufen sollen.
In HDL beschriebene Schaltungen hingegen arbeiten parallel. Dies liegt daran, dass die Komponenten, aus denen die Hardware besteht, immer dann arbeiten können, wenn sie ein Eingangssignal erhalten.