Введение к работе
Актуальность работы. Увеличение номенклатуры выпуска цифровых устройств различного назначения наряду с возрастанием их функциональной сложности и улучшением массогабаритных характеристик привело к созданию специализированных больших интегральных схем (БИС) на новой элементной базе - программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). Их использование позволяет поднять уровень автоматизированного проектирования аппаратуры на качественно новую ступень, что резко снижает трудоемкость проектно-конструкторских работ и себестоимость продукции. Основным отличием ПЛИС от других видов специализированных (полузаказных) БИС является возможность получения цифрового устройства (ЦУ) на ПЛИС' без применения специального технологического оборудования в предельно сжатые сроки.
Традиционная методика синтеза ЦУ на ПЛИС ориентируется на поэтапную разработку конструкции БИС, включая логическое, схемотехническое и конструкторское проектирование. В результате разобщенности и критериальной несовместимости этих этапов, в частности с точки зрения сквозного учета временных характеристик разрабатываемого ЦУ, не удается создать сквозной цикл проектирования ПЛИС с полным исключением доработки конструкции ручными методами. Это приводит к частичной потере основного преимущества синтеза ЦУ на базе ПЛИС - скорости разработки. Особенно большие проблемы возникают при проектировании ПЛИС, содержащих сегментированные матрицы соединений. Существенными недостатками использования сегментированных матриц соединений (CMC) являются увеличение задержки распространения сигнала, что обусловлено наличием узлов коммутации, а также непредсказуемость задержки и её зависимость от выбранной трассы соединения. В связи с этим в число наиболее актуальных задач проектирования ЦУ на базе ПЛИС с CMC выдвигается создание метода коррекции временных задержек (КВЗ), который позволит проводить сквозной синтез конструкции в САПР ПЛИС, начиная с самых ' ранних стадий проектирования вплоть до получения файлов конфигурации в автоматическом режиме.
Под коррекцией временных задержек в данной работе понимается процесс реализации соединений на кристалле с учетом временных характеристик цепей, рассчитанных специальной процедурой временного анализа. Цикл проектирования заканчивается при реализации всех соединений на кристалле с временными характеристиками, соответствующими рассчитанным ранее.
Цель работы состоит в разработке автоматизированного метода коррекции временных задержек на топологических элементах сегментированных матриц соединений ПЛИС, позволяющего проводить сквозной синтез конструкции разрабатываемого ЦУ с целью приведения получаемых временных характеристик устройства к заданным.
Поставленная цель может быть достигнута при условии решения следующих задач:
- разработки математической модели ПЛИС для применения ее в
методе КВЗ;
- разработки математического и программного обеспечения,
реализующего предложенный в работе метод и алгоритмы;
- разработки методического обеспечения проектирования ПЛИС с
CMC методом КВЗ.
Метод исследования состоит в развитии и применении математического аппарата теории множеств и теории графов к исследованию особенностей конструкции ПЛИС с CMC, в разработке и экспериментальной проверке алгоритмов их автоматизированного проектирования.
Научная новизна работы заключается в разработке метода коррекции временных задержек на топологических элементах в САПР ПЛИС и алгоритмов, позволяющих проектировать топологию ПЛИС с учетом заранее заданных временных характеристик разрабатываемого ЦУ.
В работе:
1. Впервые предложена методика декомпозиции описания высокого
уровня.
2. Предложен метод коррекции временных задержек на
топологических элементах CMC ПЛИС, разработана математическая
модель метода.
-
Разработана методика проектирования на основе предложенного метода в рамках САПР ПЛИС.
-
Разработан алгоритм декомпозиции описания высокого уровня на конструкции.
-
Разработан алгоритм имплиментации кристалла ПЛИС с учетом временных характеристик.
Практическая ценность работы заключается в следующем. Разработан программно-методический комплекс, реализующий метод коррекции временных задержек на топологических элементах CMC sj в САПР ПЛИС, который позволяет:
- проектировать ЦУ на базе ПЛИС с CMC со сквозным учетом
требуемых временных характеристик;
- сократить сроки проектирования ЦУ на базе ПЛИС с CMC,
исключив этап "ручной" доработки конструкции, проводимый с целью
приведения полученных временных характеристик устройства к заданным;
- повысить надежность разработанного устройства за счет
исключения возможных рисков сбоя и состязаний сигналов, которые не
выявляются при традиционном подходе к проектированию ПЛИС.
Реализация и внедрение результатов.
Разработанные в диссертации метод, модели, алгоритмы, программные и методические средства использовались при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ с участием автора диссертации.
Разработанные алгоритмы и методика проектирования ПЛИС с CMC используются в учебном процессе факультета радиофизики и электроники Владимирского государственного университета.
Основные результаты диссертационной работы внедрены на следующих предприятиях:
Владимирское конструкторское бюро радиосвязи;
завод "Электроприбор", г.Владимир;
завод "Ревтруд", г. Тамбов;
Воронежский научно-исследовательский институт связи (ВНИИС);
НВП "Протек", г. Воронеж.
Апробация работы. Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались в период с 1996 по 2000 гг.:
на международных и всероссийских научно-технических конференциях, проходивших в Москве, Владимире, Таганроге;
- на научно-технических семинарах кафедры "Конструирование у.
технология радиоэлектронных средств" ВлГУ.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 работах, четырех научно-технических отчетах о применении метода на базовом предприятии, а также в методическом пособии по специальности "Проектирование и технология радиоэлектронных средств", V подготовленном к печати (план издания - 2000 г.).
Структура и объем диссертации.
