Функціонально-логічне проектування.

Розробці принципової електричної і топологічної схем передує етап логічного проектування. Задачею логічного синтезу, наприклад функціонального вузла ЕОМ, є вибір базису логічних елементів (ЛЕ) для побудови різних ВІС і з'єднання їх між собою так, щоб здійснювалося задане функціонування. На етапі логічного проектування необхідно враховувати особливості обраних ЛЕ та їхньої технічної реалізації, тобто враховувати схемотехніку, топологічні та технологічні обмеження, а також вирішувати наступні взаємозалежні задачі: логічний синтез, логічне моделювання ВІС на рівні ЛЕ і регістрових передач, синтез контролюючих і діагностичних тестів.

Логічне проектування ВІС полягає в складанні функціональних схем ВІС. Компонентами функціональної схеми є елементарні блоки, що утворюють логічний базис проекту. Синтез логічних схем може проводитися як автоматично за структурною схемою (чи за описом поведінки схеми) у заданому логічному базисі, так і вручну. В обох випадках САПР підтримує цей етап засобами логічного моделювання. Логічне моделювання на ЕОМ виявляє помилки в схемі, дозволяє оцінити правильність часових співвідношень, мінімізувати число ЛЕ, оптимізувати перелік і склад частин (блоків) системи.

Перевірка функціонування логічної схеми включає аналіз логічних функцій, реалізованих схемою, і часових співвідношень (наявність критичних шляхів, ризиків збою і змагань сигналів). Перевірка реалізованих схемою логічних функцій виконується шляхом прогону тесту, тобто моделювання роботи схеми при деякому наборі вхідних сигналів. При цьому потрібно в задані моменти часу порівнювати отримані при моделюванні значення вихідних сигналів з параметрами ТЗ. До етапу логічного проектування відноситься і генерація тестів для контролю виготовлення ВІС.

Ключовим моментом автоматизації етапу логічного проектування є розробка програмного забезпечення, що дозволяє здійснювати аналіз поведінки ВІС при заданому наборі тестів. В основі аналізу ВІС на логічному рівні лежить логічне моделювання. Найбільш поширеним методом моделювання є метод трійкового моделювання. При цьому використовується трійкова логіка (0, 1, Х), де третій стан (X) описує, по-перше, перехідний стан ЛЕ з моменту переключення його виходу до моменту встановлення стаціонарного стану на виході і, по-друге, стан статичної невизначеності, що виникає на виході ЛЕ внаслідок відсутності інформації про порядок переключення його входів. Недолік цього методу полягає в тому, що неможливо врахувати вплив фронтів переключення ЛЕ і взаємодію ЛЕ при їхньому підключені до інформаційної магістралі. Отже, необхідна розробка методів детального опису перехідних процесів у схемах, за допомогою яких повинні виявлятися усі випадки появи статичних і динамічних ризиків збою і змагань сигналів.

Для досягнення цієї цілі використовують апарат багатозначної логіки, вводячи нові логічні стани для опису поведінки ЛЕ в стані переключення сигналу. Це дозволяє застосовувати розроблені раніше програмні засоби моделювання при заміні двійкових таблиць істинності їх багатозначними аналогами.

Класифікація методів логічного моделювання звичайно здійснюється по виду кодування сигналів (двійкове та багатозначне), по затримках поширення сигналу в ЛЕ (синхронне моделювання, тобто без обліку затримок, і асинхронне) і по черговості обробки інформації (наскрізне і подійнісне) (див. рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 − Класифікація методів логічного моделювання

Однією з перших задач, що доводиться вирішувати на даному етапі проектування, є вибір математичної моделі ЛЕ. При розробці моделі необхідно враховувати вимоги, обумовлені сумісністю розроблюваного програмного забезпечення з іншими підсистемами САПР ВІС; можливість опису характеристик моделі засобами вхідної мови САПР ВІС; можливість представлення моделі ЛЕ в рамках встановленої внутрішньої структури даних САПР ВІС; алгоритмічна сумісність на етапі аналізу. Система повинна забезпечити візуалізацію вихідної інформації для моделювання ЛЕ і результатів у встановленому об’ємі та формі представлення; інформація про модель не повинна перевищувати ресурси ЕОМ.

Поширеними є ієрархічні моделі, у яких окремо описуються логічна і формуюча частини. Формуюча частина моделі встановлює які переключення й у які моменти часу відбудуться на виході ЛЕ в процесі переходу його з поточного стану в кінцевий, що обумовлено логічною частиною моделі, тобто робиться прогноз поведінки виходу. Формування прогнозу відбувається на основі динамічних характеристик моделі. При цьому з усієї інформації про вхідний сигнал елемента використовується лише час досягнення сигналом граничного значення. Передбачається, що подальша поведінка ЛЕ не залежить від зміни сигналу на його вході.

Допускається необмежене ускладнення логічної частини моделі за умови, що це не впливає на її інші частини. Описувати модель ЛЕ можна трьома способами. При табличному способі задання всяке збільшення значності логіки приводить до різкого збільшення обсягу таблиць істинності, оскільки число можливих станів на вході ЛЕ дорівнюють M^N , де M − значення логіки, N − число входів елемента. Опис логічної частини за допомогою булевих функцій дозволяє порівняно просто доповнити логічні операції арифметичними. Однак найбільші можливості для моделювання відкриває алгоритмічний опис ЛЕ. При наявності спеціальної вхідної мови опису алгоритмів можливо використовувати просте представлення складних функціональних вузлів ВІС.

Аналіз поведінки схеми при алгоритмічному описі її фрагментів прийнято називати моделюванням на рівні регістрових передач. Особливий інтерес представляє моделювання схеми, заданої у вигляді ЛЕ і регістрових передач. Такий комбінований підхід дозволяє детально описувати на рівні ЛЕ деякий фрагмент ВІС при заданні більшої частини схеми лише алгоритмом її функціонування.

Опис ВІС на рівні регістрових передач складається з двох частин: структурного й операційного описів. У структурному описі виділяються пристрої типу регістр, лічильник і т.д.; в операційному містяться відомості про дії, виконувані в об'єкті проектування.

Для моделювання цифрових пристроїв на рівні регістрових передач застосовують спеціальні мови високого рівня. У більшості програм даного типу використовують різновиди алгоритму асинхронного подійнісного моделювання. Послідовність дії в цьому алгоритмі наступна:

1) занесення в список подій, пов'язаних з переключенням входу ЛЕ;

2) вибір зі списку найближчої за часом події;

3) визначення стану ЛЕ, що встановився в результаті реакції на обрану подію;

4) занесення подій у список, якщо стан виходу ЛЕ змінився і це викликало інші події;

5) перегляд списку і якщо в ньому залишилися нерозглянуті події, то повернення до кроку 2;

6) закінчення моделювання.

3. Схемотехнічне проектування.

На етапі схемотехнічного проектування вирішуються задачі: структурного синтезу принципової електричної схеми ВІС; аналізу отриманої схеми (розрахунок статичних станів і перехідних процесів); статистичного аналізу та оптимізації.

Під структурним синтезом розуміють отримання топології принципової електричної схеми, що оптимальним чином (за заданими критеріями) задовольняє вимогам ТЗ. Загального науково обґрунтованого підходу до рішення цієї задачі на даний час знайти не вдалося. Тому задачі структурного синтезу намагаються вирішувати в рамках певних обмежень і насамперед у рамках існуючої класифікації електронних схем.

Можна запропонувати наступну класифікацію методів структурного синтезу:

1) класичний метод, коли бажані характеристики апроксимуються заданими функціями, а потім реалізуються за допомогою ЛЕ і компонентів із заданого набору;

2) метод перебору варіантів із заданого набору;

3) метод прямого неоптимального синтезу в заданому базисі ЛЕ;

4) метод локальної модифікації відомої схеми;

5) метод компіляції − перетворення опису функції схеми мовою високого рівня в принципову електричну чи логічну схему, придатну для розробки топології;

6) метод експертних оцінок.

Перший метод застосовують для схем, що складаються з пасивних компонентів. Другий має безліч розгалужень і хоча вважається найбільш загальним, з його допомогою отримано мінімальне число корисних рішень.

Локальна модифікація відомої схеми становить приклад того, що поділ задач проектування на структурний і параметричний синтез дуже умовний. Суть його полягає в тому, що після проведення процедур аналізу чутливості і параметричної оптимізації визначаються пари вузлів схеми, до яких з метою поліпшення їх характеристик доцільно підключити нову підсхему. Після цього процедури побудови математичної моделі, аналізу, визначення чутливості і параметричної оптимізації повинні бути проведені знову.

Домінуючим напрямком у вирішенні задач структурного синтезу є застосування експертних оцінок. Інструментальним засобом методу є експертна система, що містить інформацію про проектні рішення та гіпотези. Експертна система отримує свідчення, що підтверджують чи відхиляють ту чи іншу гіпотезу з визначеною імовірністю (кожне свідчення має “ціну”). Її визначає експерт. Математичною основою експертної системи є формула Байєса, що зв'язує імовірності підтвердження гіпотези до і після одержання свідчення. Як математичний апарат використовують також апарат булевої алгебри, але крім нуля й одиниці дозволяється використовувати будь-які дійсні числа між ними.

Задача аналізуВІСпо своїй постановці збігається з задачею аналізу електронних схем на дискретних компонентах. Власне аналіз полягає у формуванні математичної моделі аналізованої ВІС у вигляді систем диференціальних чи трансцендентних рівнянь і вирішення цих систем. При цьому розробник звичайно здійснює аналіз статичних і динамічних характеристик ВІС.

При аналізі статичних характеристик розраховуються струм і напруга в будь-якому вузлі схеми, аналізуються вольт-амперні характеристики і досліджується вплив параметрів компонентів на них. Тут не ставиться задача розрахунку функціональних (споживана потужність, навантажувальна здатність, завадостійкість і т.п.) і тестових (вхідні і вихідні струм і напруга і т.п.) параметрів схеми.

При аналізі динамічних характеристик ВІС розробник звичайно досліджує за допомогою ЕОМ поведінку ВІС при впливі імпульсних сигналів, одержує графіки перехідних процесів у будь-якому вузлі схеми при впливі вхідних сигналів довільної форми. Потім здійснюється розрахунок частотно-залежних параметрів ВІС, звичайно лінійних. При аналізі необхідно враховувати, що принципові електричні схеми ВІС містять крім функціонально необхідних компонентів велике число компонентів, що відображають паразитні зв'язки.

Статистичний аналіз займає значне місце при аналізі ВІС. Різний підхід до врахування розкиду параметрів компонентів обумовлює розмаїтість цих методів. При статистичному розрахунку ВІС необхідно провести: статистичну обробку результатів вимірів чи розрахунок параметрів математичних моделей компонентів; статистичний аналіз схеми; статистичну оптимізацію за параметрами компонентів; статистичну оптимізацію за тестовими нормами.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Етапи проектування. Технічне завдання.	\|	Фізико-топологічне проектування.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.