可编程ASIC设计及应用 [李广军]设计流程

电子科技大学,可编程ASIC设计,设计流程学时分配：2,实例：智能烧烤机,沙河一号智能烧烤机,电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,设计层次(1),系统级,数据采集,信号转换,预处理,火候控制,意外处理,LCD显示控制,调料控制,机械控制,中心主控,数据存储,键盘控制,电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,设计层次(2),算法级（温度控制）,熄火,升温,等待,降温,喂狗,温度到达门限,温度到达门限,阶段切换,熟了,焦了,新任务,电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,设计层次(3),寄存器级(数字信号处理),寄存器,MUX,选择,时钟,时钟,寄存器,寄存器,时钟,电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,设计层次(4),逻辑门级(RS触发器),S,R,Q,Q,电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,设计层次(5),电路级(CMOS反向器),电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,现代IC设计层次,电子科技大学,“自底向上”与“自顶向下”,系统级,算法级,寄存器级,逻辑门级,电路级，版图级,传统：自底向上,现代：自顶向下,电子科技大学,ASIC半定制与全定制（1）,半定制集成电路设计方法：设计者可以只完成硬件的逻辑门级结构描述，然后由集成电路制造者用门阵列或者标准单元方法将逻辑门级结构映射到版图，最后制造集成电路。全定制集成电路设计方法：设计者自行设计出集成电路的掩膜版图，由集成电路制造者根据版图数据制造集成电路。,电子科技大学,ASIC半定制与全定制（2）,半定制,全定制,电子科技大学,可编程ASIC,包括CPLD，FPGA等。常用于电子系统的可编程设计，以及IC设计的验证。为半定制的数字系统设计提供了便利，极大降低了设计成本和风险。,电子科技大学,注意,以下将采用“数字集成系统”统称“ASIC”与“可编程ASIC”。,电子科技大学,数字集成系统设计与综合(1),集成电路设计过程：,硬件的高层次抽象描述,硬件的低层次物理描述,把硬件的一种描述形式转换成另一种描述形式,采用手工方式,采用自动化的计算机辅助设计工具,设计,综合,电子科技大学,数字集成系统设计与综合(2),设计层次,行为域,结构域,系统级,算法级,自然语言描述,算法描述,自然语言综合(设计),电子科技大学,数字集成系统设计与综合(2),设计层次,行为域,结构域,系统级,算法级,自然语言描述,算法描述,自然语言综合(设计),寄存器级,数据流图描述,算法综合(设计),电子科技大学,数字集成系统设计与综合(2),设计层次,行为域,结构域,系统级,算法级,自然语言描述,算法描述,自然语言综合(设计),寄存器级,数据流图描述,算法综合(设计),门级,逻辑图描述,逻辑综合(设计),电子科技大学,数字集成系统设计与综合(2),设计层次,行为域,结构域,系统级,算法级,自然语言描述,算法描述,自然语言综合(设计),寄存器级,数据流图描述,算法综合(设计),门级,版图级,逻辑图描述,几何图形描述,逻辑综合(设计),版图综合(设计),电子科技大学,数字集成系统设计与综合(2),设计层次,行为域,结构域,系统级,算法级,自然语言描述,算法描述,自然语言综合(设计),寄存器级,数据流图描述,算法综合(设计),门级,版图级,逻辑图描述,几何图形描述,逻辑综合(设计),版图综合(设计),电子科技大学,数字集成系统设计与综合(3),综合的过程由两部分组成：第一步：简单的转换。第二步：优化。,自动综合工具被广泛采用的原因：设计方案是否最优并不重要，而设计成本和设计的可靠性(不出错误)是必须最先考虑的因素。,有经验的电路设计者直接在中间层次(寄存器传输级等)设计的硬件质量要比综合器产生的好。,综合器不可能找出硬件设计的全部可能实现方式，从而不可能得出最优的方案。,电子科技大学,注意,除了特别说明的地方除外，此后本门课所说的“综合”均是指“逻辑综合”。这也符合工程界的习惯。相同的代码，针对不同foundry工艺库(可编程asic元件库)综合出来的电路将不相同。相同的代码，用不同的综合工具综合出的电路也可能不相同。,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,系统验证,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,算法设计,系统验证,算法验证,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,系统验证,算法验证,RTL验证,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,逻辑综合,向foundry提交网表,系统验证,算法验证,RTL验证,注意此处是针对特定的foundry工艺库所进行的综合,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,逻辑综合,向foundry提交网表,系统验证,算法验证,RTL验证,Foundry进行版图设计,Foundry返回最终网表,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,逻辑综合,向foundry提交网表,系统验证,算法验证,RTL验证,Foundry进行版图设计,Foundry返回最终网表,后仿真,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,逻辑综合,向foundry提交网表,系统验证,算法验证,RTL验证,Foundry进行版图设计,Foundry返回最终网表,后仿真,foundry流片,电子科技大学,典型IC设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,逻辑综合,向foundry提交网表,系统验证,算法验证,RTL验证,Foundry进行版图设计,Foundry返回最终网表,后仿真,foundry流片,前端流程,后端流程,电子科技大学,典型FPGA应用设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,系统验证,算法验证,RTL验证,逻辑综合,布局布线,后仿真,数据流下载,硬件验证,为什么需要后仿真和硬件验证？,电子科技大学,典型FPGA应用设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,系统验证,算法验证,RTL验证,逻辑综合,布局布线,后仿真,数据流下载,硬件验证,EDA工具辅助完成,电子科技大学,典型FPGA应用设计流程,系统设计,算法设计,RTL设计,系统验证,算法验证,RTL验证,逻辑综合,布局布线,后仿真,数据流下载,硬件验证,本课重点！,电子科技大学,FPGA开发模型,计算机,目标板,下载电缆,电子科技大学,中国IC设计工程界中的争议话题：反向提取,版图,图像识别,电路,设计思路,分析,背景：中国改革开放初期的“以市场换技术”战略并没有取得预期的效果，中国的IT技术特别是IC设计一直处于很低的水平。,芯片,去除封装,电子科技大学,IPCORE的三种形式,SoftCore:源代码或电路图；FirmCore:综合后的网表；HardCore:最终版图。,电子科技大学,主流FPGA厂商及其EDA工具,Xilinx公司，FoundationISE。Altera公司，MaxPlusIIQuartusII。Lattice公司。第三方开发工具：综合工具：Synplify,Synplicity,Leonado等；(动态)仿真工具：Modelsim等。,电子科技大学,主流ASICEDA研发商,开发商有MentorGraphics、Cadence,Synopsys等。其开发工具众多，按照功能主要分为设计输入、综合、版图设计、静态时序分析、动态时序分析、功耗估计、可测性分析等。,电子科技大学,电子科技大学,一个硅谷丛林的故事,阿凡提筋斗云二一年一二月二六于美国硅谷,背景(1),在二十世纪七十年代的末期，集成电路的设计开始走向商业化。CAD软件出现。七十年代末与八十年代初，EDA的领头羊是Calma，ComputerVision与Applicon。但是很快，从八十年代中开始，另外三家公司MentorGraphics，Daisy，Valid占有了市场的最大份额。,电子科技大学,从八十年代开始,无数的新兴芯片设计公司如雨后春笋般拔地而起，CAD软件行业也开始进入黄金时代。卡斯特罗:1993SDA。1986，SDA的总裁。1988。SDA+ECADCadence，总裁与首席执行官。19881992，Cadence-行业龙头。,电子科技大学,92,93年，synopsys基本垄断了前端技术;Cadence后端技术。突然出现：Arcsys，目标：芯片布局与布线。正是Cadence的核心。Arcsys：1991年，由四位原是Cadence雇员的中国人成立。Arcsys产品：ArcCell。,电子科技大学,AK47,Cadence徐建国B-Team，展开AK47计划AK47：KillArcsysin47weeks。4盒，471颗子弹。亚微米时代与超亚微米时代，通道布线技术面积布线技术。1993年，Arcsys亏损220万美金.,电子科技大学,背叛,Cadence内部分裂。徐建国VSJamesSolomon。1994年3月，徐建国:“我将去海滩”。B-team崩溃。Cadence防止雪崩：推迟上任；1994年内禁止招聘Cadence员工。,电子科技大学,间谍战,1995年刚过，Arcsys挖人计划。第1个月：9。1994年9月，米奇：软件架构工程师。Qplace新布局技术。Cadence搜索权。Qplace源码和约会记录，钱财支付等。24小时跟踪。1995年初，byebye.tar：最新版本的Qplace。,电子科技大学,1995年6月。Arcsys上市。1995年8月。Cypress工程师：Errora:colornotfoundinthisfile.Error:acolornotfoundinthisfile.Arcsys未知。1995年11月，Arcsys+ISSAvanti。1995年12月，Cacence，搜索令。,电子科技大学,漫长的诉讼后，2001年7月25日正式判决。六人中有四人需服一到两年的刑期，并判决阿凡提对凯登斯的损害性赔偿金额为一亿九千五百万美元，创下硅谷知识产权官司中，公司对公司最高赔偿金额的刑事案件。,电子科技大学,19952001诉讼期间：,一、置身事外的Synopsys继续其前端技术的领先，目前拥有八成五的市场。二、阿凡提在1996年采用“洁净室”手段重写其Arccell的源程序，以保障其合法性，新产品称为银河与阿波罗（Milkyway，Apollo）。三、阿凡提的布局与绕线因为在时间驱动技术（Timingdriven）上的优势，继续扩大其市场份额，到二一年与凯登斯大致各占市场的四成。,电子科技大学,四、原来的Mentorgraphics重新进入EDA市场。以多层次验证（hierachicalverification）取得验证市场以及一些新市场的最大份额。五、卡斯特罗在一九九七年离开Cadence。按他自己的说法，与阿凡提之战让他恶心，在收购一家名为CP的EDA公司后，终于可以将总裁与首席执行官的责任交给新的首席执行官，从而脱离EDA这个市场。,电子科技大学,后记,2001.7月后，Avanti绝望。二一年十二月三日，出人意料之外的，Synopsys宣布将以八亿美金收购阿凡提。立即在硅谷各公司与工程师们间引起争论。Synopsys是这样回答一些工程师对其道德立场的指控的：Synopsys在八亿收购中，其中一亿是给原阿凡提董事局的数位董事，以保证他们在将来不会出现在Synopsys的任何管理阶层。Synopsys以金钱来洗清与原来阿凡提众人的联系关系。在这一亿美金中，徐建国个人将得到大约四千万美金。,电子科技大学,到二一年，EDA市场可算是出现四大金刚的局面，从销售额上：第一Cadence，大约十五亿美金。第二Synopsys，大约九亿美金。第三MentorGraphics，大约七亿美金。第四阿凡提，大约四亿美金。卡斯特罗离开EDA领域，徐建国留在台湾。,电子科技大学,EDA界的其他华人,教父级人物首推黄炎松，他是Cadence前身益华(ECAD)的共同创