集成电路设计流程

数字集成电路的设计流程设计输入：以电路图或HDL语言的形式形成电路文件；输入的文件经过编译后，可以形成对电路逻辑模型的标准描述；逻辑仿真（功能仿真）：对如上形成的逻辑描述加入输入测试信号，检查输出信号是否满足设计要求；在此没有考虑任何时间关系，只是检测逻辑是否有错；数字集成电路的设计流程系统分割（设计综合）：采用特定的设计方法分解实现电路模型，得到电路实际采用的逻辑单元及其相互连接形式；在GA设计时，电路会分割为2-3输入的逻辑单元，在FPGA设计中，分割为4输入逻辑单元,而采用CPLD设计时，则分割为更大的逻辑单元。数字集成电路的设计流程前仿真：采用综合出的电路结构，对每个逻辑单元添加上对应的时间延迟信息；在此基础上进行仿真，检测电路是否存在逻辑或时序错误；电路的布局，定位与布线：对于通过前仿真的电路系统，从全局到局部，进行每个单元的定位以及相关的连线安排；数字集成电路的设计流程电路参数提取：根据连线的具体长度和负载程度，提取每一根连线的电阻/电容参数，得到相应的时间延迟信息；后仿真：将提取的连线参数代入到电路中，在此基础上进行仿真，检测电路是否存在逻辑或时序错误；数字集成电路的设计流程CAD阶段(20世纪60-80年代初期)利用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代手工操作。出现大量的软件工具产品。由于各公司独立开发，设计各阶段的软件彼此独立，不能进行系统级的仿真与综合，不利于复杂系统设计。电子系统设计的自动化过程CAE阶段(80年代到90年代初期)各种设计工具，如原理图输入、编译与链接、逻辑模拟、测试码生成、版图自动布局以及各种单元库均已齐全。可以由RTL级开始，实现从设计输入到版图输出的全过程设计自动化。各种底层文本设计语言开始涌现。电子系统设计的自动化过程EDA阶段(20世纪90年代以后)开始追求贯彻整个设计过程的自动化，硬件描述语言(HDL)已经成为广泛使用的标准，设计的工具也已经相对成熟，从设计输入、逻辑综合到各层次的仿真工具都已具备比较完善的性能。设计者可将精力集中于创造性的方案与概念的构思上。电子系统设计的自动化过程在逻辑设计阶段，针对设计的输入编辑、仿真和综合过程，需要使用必要的软件工具进行支持；这种设计工具主要可以分为两类：一类是由PLD的制造商推出的针对特定器件的设计工具；另一类是由专业软件公司推出的针对特定用途的设计工具。数字集成电路的设计工具由PLD的制造商推出，例如Altera公司的MaxplusII,QuartusII，Xilinx公司的ISE等。这类工具的优点是从设计输入直到器件下载，设计的全过程都能在一个工具中实现，使用非常简单方便；缺点是该类工具以器件综合为目标，对于不能实现直接综合的电路的行为设计不能支持。针对特定器件的设计工具由专业的工具设计者推出，例如Synplicity公司的综合工具Synplify,ModelTechnology公司的仿真工具ModelSim等。这类工具通常专业性比较强，包容性好，可以最大限度地兼容HDL语言的各种描述，适应从抽象到具体的各种设计方式。缺点是其专用性比较强，使用的简便性不及第一类。针对特定用途的设计工具仿真工具ModelSim综合工具Synplify设计工具MaxplusII,Quartus关于设计工具的简单介绍电路仿真的要点使用输入向量对电路模型进行测试；仿真失败表明该模型存在错误（不能工作）；仿真成功不能证明该模型正确!仿真可以从高级别到低级别分为很多层次，高级别比较抽象，低级别比较详细。行为仿真(功能仿真）对于行为模型进行仿真：根据输入的变化或指定的时间，开始一个仿真循环，执行所有进程；每个进程启动执行到其中止为止；模型中的有效信号更新时，会产生一个事件；如果在本仿真循环中有信号产生了事件，则仿真将重新执行一遍；仿真循环的执行时间为delta时间。结构仿真（前仿真）对于电路逻辑结构模型进行仿真：结构仿真可以根据使用器件的情况，为不同的元件添加不同的延迟时间，所以能够在一定程度上反映出电路的时间性能，并分析影响电路速度的关键因素，便于对电路进行修改。电路仿真（后仿真）对于布局布线后的电路模型进行仿真：电路仿真可以根据器件的布局和连接情况，通过从电路中提取连线物理参数，估算出连线延迟，从而为电路中信号的传递附加传输延迟，能够更准确地反映出电路的时间性能，便于进行电路的时序设计修改。仿真工具用于对HDL程序进行仿真，采用软件运算形式对电路功能进行验证；该仿真工具全面支持IEEE常见的各种硬件描述语言标准，支持语言中的各种抽象行为描述，可以用于对电路设计各阶段的仿真。HDL仿真工具：Modelsim软件安装；点击图标，打开程序；建立项目（Project）:File/New/Project为项目命名,并确定路径和工作库；建立源文件：File/New/Source/VHDL；例：设计一个全加器ModelsimSE5.5e使用要点ENTITYfaISPORT(a,b,ci:INbit;co,s:OUTbit);ENDfa;ARCHITECTURErtlOFfaISBEGINs=axorbxorci;co=(aandb)or(aandci)or(bandci);endrtl;ModelsimSE5.5e使用要点进行编辑，保存文件：命名/指定路径；在源程序编辑窗口中对已保存的文件进行编译，结果可以在项目窗口中看到；编译完成后，在项目窗口中将文件添加到项目中：Project/AddFiletoProject；在其他工具中编译的文件也可以直接添加到项目中。ModelsimSE5.5e使用要点在项目窗口中，装载设计项目：vsimfa；打开仿真波形窗口：addwave*；对各输入信号进行设置：force-repeat20nsa00ns,110nsforce-repeat40nsb00ns,120nsforce-repeat80nsci00ns,140nsModelsimSE5.5e使用要点设置完毕后，在波形窗口中进行仿真并观察结果；仿真完毕后，可以执行quit–sim命令退出仿真；ModelsimSE5.5e使用要点ModelsimSE5.5e使用要点在上述仿真中，没有考虑延迟时间，输入变化与输出变化发生在同一时刻，这属于逻辑仿真。如果考虑器件的时间延迟，可以将源程序中的信号赋值语句改为如下形式：s=axorbxorciafter7ns;co=(aandb)or(aandci)or(bandci)after4ns;ModelsimSE5.5e使用要点ModelsimSE5.5e使用要点仿真测试文件：testbenchtestbench相当于一块电路板，将HDL程序描述的电路块安装在上面；该电路块与外界没有任何接口，其功能仅仅是对电路块进行仿真测试，将各种驱动信号和输出信号在波形窗口中表达出来；HDL程序以元件例化的形式被testbench程序调用；仿真测试文件：testbenchlibraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entityfa_testbenchisendfa_testbench;architecturebehoffa_testbenchiscomponentfaport(a,b,ci:instd_logic;s,co:outstd_logic);endcomponent;signalxt,yt,zt,st,cot:std_logic;beginu1:faportmap(xt,yt,zt,st,cot);processbeginxt='0';yt='0';zt='0';waitfor10ns;xt='0';yt='0';zt='1';waitfor10ns;xt='0';yt='1';zt='0';waitfor10ns;xt='0';yt='1';zt='1';waitfor10ns;xt='1';yt='0';zt='0';waitfor10ns;xt='1';yt='0';zt='1';waitfor10ns;xt='1';yt='1';zt='0';waitfor10ns;xt='1';yt='1';zt='1';waitfor10ns;xt='0';yt='0';zt='0';waitfor10ns;endprocess;endbeh;仿真测试文件：testbench先分别将源程序和testbench程序添加到项目中；先编辑编译源程序，再编辑编译testbench程序；装载已编译的testbench程序：vsimmytestbench将设计的信号添加到波形窗口中：addwave*直接在波形窗口中执行“run”命令进行仿真；