Уровни и области моделирования

При автоматизации проектирования и диагностирования цифровых устройств (ЦУ) широкое применение находят системы моделирования. Для представления устройств они требуют соответствующих математических моделей. При проектировании ЦУ следует различать модели устройств и их спецификации [ 1.1 ] . Спецификации описывают устройство в терминах получаемых результатов проектирования, таких как схемы, временные диаграммы и т.п. Модели используются в процедурах проектирования устройств при моделировании в данной области (domain), на данном уровне представления для проверки соответствия заданным спецификациям. Они также применяются для установления соответствия между различными уровнями и областями проектирования.

Области и уровни проектирования

В зависимости от взглядов на природу ЦУ и его организацию, принято рассматривать три области представления: физическая, структурная и поведенческая, которые показаны на рис. 1.1 [ 1.1 ] , [ 1.3 ] . Для каждой из этих областей различают различные уровни: схемный, логический, языков регистровых передач (ЯРП) и системный. При этом в поведенческой области дается функциональное представление ЦУ, в структурной области описываются блоки архитектуры ДУ, физическая область отражает реальный кристалл (chip). Например, для логического уровня эти три области показаны на рис. 1.2.

С другой стороны на рис. 1.3 показаны различные уровни для структурной области. В табл.1.1 представлены различные уровни проектирования ДУ для каждой области. Следует отметить, что ЦУ на одном и том же уровне в данной области может быть описано различными способами. Например, ЦУ на логическом уровне в поведенческой области может быть описано с помощью булевых выражений, таблиц, языка программирования, языка описания аппаратуры.

Рис. 1.1. Диаграмма уровней абстракции (Гайского-Кана)

Рис. 1.2. Области представления схемы на логическом уровне

Рис. 1.3. Уровни абстракции структурной области

Синтез ЦУ сводится к процессу трансформации проекта от верхнего уровня абстракции к нижнему уровню. Процесс проектирования ЦУ на приведенной диаграмме рис. 1.4а) можно отразить в виде последовательного спуска по уровням абстракции по каждой из областей представления. Но спуск по уровням в любой области связан и чередуется с движением по оси иерархии остальных областей. При этом по уровневый характер внутри любой области сочетается с согласованным движением по осям остальных областей. Этот путь состоит из нескольких переходов от одного уровня к другому в одной и той же области; переходе от одной области к другой на том же уровне и оптимизации на любом участке пути. Преобразования носят характер "от нескольких ко многим", что, например, означает существование нескольких структурных реализаций для каждого поведенческого представления и еще больше физических конфигураций для каждой структурной модели.

увеличить изображение
Рис. 1.4. Процесс синтеза

Переходы, показанные на рис. 1.4б), представляют различные задачи, решаемые при проектировании. На этой модели синтез соответствует переходу от поведенческой к структурной области. Петля в этом случае соответствует оптимизации на одном и том же уровне. Переход от структурной к физической области соответствует генерации маски (размещения и трассировки), в то время как обратный переход – процессу выделения параметров. При этом из подложки определяются электрические параметры, которые включаются в структурную область для точного моделирования на поведенческом уровне.

На рис. 1.5 показаны различные процессы, имеющие место при высокоуровневом синтезе [ 1.1 ] . Дуга 1а переводит различные операции в конкретные подсистемы, процессоры и т.п. Дуга 1b дает описание на уровне ЯРП. ЯРП синтез представлен дугами 2a, 2b, 2c . При этом на шаге 2c выполняется на вентильном уровне оптимизация схемы по некоторым критериям, таким число вентилей, пересечений и т.п. Дуга 3с представляет технологическое отображение. Соответственно 4a и 4b соответствуют логическому синтезу и оптимизации. Остальные дуги 5a, 5b, 5c относятся к физическому синтезу, где генерируются маски. При проектировании на стандартных ячейках достаточно выполнить 5a. Однако, системы на кристалле содержат ядра (cores), что требует привлечения 5с в зависимости от типа ядра.

Рис. 1.5. Высокоуровневый синтез