原创 ASIC及集成系统设计方法

*系统设计过程和设计思想

*ASIC设计及CAD技术

系统设计过程

*设计前期：将用户要求转换为用于设计的技术规范。
*设计过程：软/硬件划分、电路设计与软件开发、系统仿真、可靠性分析、制造和生产、系统测试。
*设计后期：为系统软件和硬件的测试生产测试程序和测试矢量。
　

系统设计方法

*层次设计方法：系统级、寄存器传输级、门级、电路级和器件级。

*Bottom-up Design Method

*Top-down Design Method—高级综合方法

ASIC设计

*按电路规模分：SSI、MSI、LSI、VLSI

*按电路用途分：通用IC和专用IC，即ASIC（Applications Specific Integrated Circuit）

*按电路性能分：数字ASIC和模拟ASIC

*按制造方法分：全定制ASIC（Full-custom ASIC ）、半定制ASIC（Semi-custom ASIC ）、可编程ASIC（Programmable ASIC）

ICCAD技术和EDA工具

*缩短设计周期、提高设计正确性、降低设计成本、保证产品性能。

*数字系统设计软件暨EDA工具

Cadence、Mentor、Viewlogic、Synopsys，etc。
系统设计的新技术：框架结构支持的并行工程和Top-Down设计方法，高级逻辑综合优化。
*硬件描述语言VHDL（VHSIC Hardware Description Language，VHSIC：Very High Speed IC）、Verilog ，AHDL

可编程ASIC

FPGA的优点

*没有投片风险，现场布线完成功能指定。

*反复编程，反复擦除，反复使用。

*成本低

*设计周期短

FPGA的基本结构

FPGA的基本结构

*按可编程逻辑块和可编程互连资源的构造主要分为两类：

查找表类型：连线经传输管连接各逻辑单元。布线延迟与通道有关。
多路开关类型：内连布线采用相同长度的连线完成，布线延迟固定。
　

查找表型FPGA结构

*优点：功能多

框架图略

多路型FPGA结构

*ACTEL的多路开关型逻辑块

图略

FPGA的开发系统

XiLinx开发系统：XACT Design Manager （XDM）
     一个从图形输入到逻辑、时序仿真及至对芯片配置一整套封闭的设计环境。

Altera开发系统：MAX+PLUS（Ⅱ）
提供多种设计输入方式，可完成高性能的设计自动编译、系统划分、时序。

*仿真和分析、关键路径延迟预测、自动错误定位以及器件编程和验证。

*其他的FPGA产品

FPGA的设计流程

半定制ASIC—门阵列设计

*典型的门阵列版图布置

门阵设计的特点

*设计周期缩短

*成本降低

*利用率低

*功耗大

*速度低

门阵列设计流程

*前端设计

建立门阵列库单元：符号库、功能参数库、实体版图库
设计输入及逻辑模拟
时序分析
*后端设计

预布局之逻辑模拟、时序分析
功耗估算
可测性分析及测试生成
布图后功能验证、时序分析
*生产制造、提供成品

半定制ASIC—标准单元设计

标准单元设计的特点

*芯片面积利用率高

*布通率高，可达100%

*可保证延迟的均匀性

*投资大、成本高

标准单元设计流程

*与门阵之区别

使用各自的库单元
门阵设计的最大门数、I/O数、布线通道的间距确定，而标准单元的单元数和I/O数取决于设计要求，通道间距可变
门阵的掩膜版有2~4块，标准单元则要有所有各层掩膜版
　

测试与可测试性设计

  *测试、测试矢量、测试图形

  *测试生成与故障模拟

  *可测试性设计

扫描路径法
内建自测法
边界扫描技术
　

  系统仿真

  *仿真器与仿真系统

  *硬件仿真器