阿常

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计算机行业EDA研究系列四:芯片设计方法

2021-10-13 13:00:17 显示全部楼层

芯片设计方法可以分为自底向上和自顶向下两种自底向上的设计流程是一种先构建底层单元,然后由底层单元构造更大的系统的设计方法。其设计思路为:先设计底层的门电路,再由门电路搭建模块级电路,然后再由模块级电路搭建系统级电路。在自顶向下的设计流程中,先用高抽象级构造系统,然后再设计下层单元。从确定电路系统的功能和性能指标开始,首先从系统级设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计;在方框图一级进行仿真、纠错,并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述;在功能一级进行验证,然后用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表,其对应的物理实现级可以是印制电路板或专用集成电路。

  当前主流的设计方法是以自顶向下为主,结合使用自底向上法自底向上设计方法下,设计人员可以在设计早期准确估算性能、规模,但同时也会造成设计效率低、设计周期长、一次设计成功率低等缺点。自顶向下设计方法的优点是设计效率高、设计周期短、一次设计成功率高,缺点是在设计早期无法准确估算电路的性能和规模等指标。而以自顶向下法为主导并结合使用自底向上法则结合了上述两种设计方法的优点,这种方法既能保证实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计,又能减少设计的重复劳动,提高设计生产率。在硬件描述语言中,大多采用自顶向下的设计思想。

  芯片设计过程需要在多个层级对电路进行分别建模在电路建模时,可以从系统级、算法级、寄存器传输级、门级和晶体管级等多个层次,使用硬件描述语言来描述。其中,系统级是最抽象的层级,描述电路的基本功能;算法级描述电路如何完成指定的功能;寄存器传输级描述数据流在寄存器之间的流动与变化,相比前两个层次更为接近物理实现层面;门级和晶体管级则是在结构上描述了电路基本单元的连接方式,最为接近实际。在设计过程中,通常需要先明确电路需要实现的功能,在系统和算法级上将功能描绘出来,之后细化到寄存器传输级。寄存器传输级的描述经过逻辑综合之后,就形成了门级网表。

  各建模层级对芯片设计方法提出了不同要求

  芯片设计过程涉及系统级、算法级、寄存器传输级、门级、晶体管级等层级的建模。其中,系统级设计需要从最抽象的层次设计模块外部性能,实现系统的功能要求,满足基本性能;算法级设计需要用高级语言结构设计算法;寄存器传输级设计需要描述数据在寄存器之间流动和如何处理这些数据的模型;门级设计需要描述逻辑门及逻辑门之间连接的模型;晶体管级设计需要描述器件中三极管和储存节点及其之间连接的模型。


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