大规模集成电路-05资料

1、大规模集成电路(jchng-dinl)张 俊共六十九页系统(xtng)级设计需求(xqi)需求分析需求规格系统设计系统体系结构设计系统规格软件规格硬件规格软件设计C功能设计RTL逻辑设计GATE版图设计可测性设计GDSTEST Pattern制造、测试、封装regreg+reg2共六十九页本讲的内容(nirng)1 系统级设计的背景2 需求规格定义的概要3 需求规格定义的方法4 系统规格描述语言与设计方法5 体系结构构成(guchng)要素6 体系结构设计方法7 体系结构描述语言 第五讲 系统级设计3共六十九页本讲的内容(nirng)1 系统级设计的背景2 需求规格(gug)定义的概要3 需求

2、规格定义的方法4 系统规格描述语言与设计方法5 体系结构构成要素6 体系结构设计方法7 体系结构描述语言 第五讲 系统级设计4共六十九页信息(xnx)社会与嵌入式系统人工卫星火箭管制系统电话/FAX手机/PHSPDA游戏机电动汽车等电视，空调、冰箱、洗衣机电饭煲，微波炉，烤箱打印机，复印机，扫描仪打字机电梯，消防报警系统中央空调，照明系统视频监视系统数字车床，工业机器人马达控制设备，自动仓库自动贩卖机，POSATM，安全监视系统超级计算机服务器，工作站 平板电脑家电办公设备数字家电建筑系统工业设备医疗设备商业设备周边/网络设备运输设备汽车广域网设备通信设备IC卡计算机建筑5共六十九页嵌入式系统

3、(xtng)应用领域汽车控制设备发动机ECU安全气囊汽车网络路由器网关集线器网络通信设备手机蓝牙数字AV，DSC，DTV，DVD，TFT数字信息处理设备显示器存储设备导航系统ITS家庭网络手持数字设备家庭搭载微处理器的个数：40高级车：100个大众车：50个汽车搭载微处理器的个数：6共六十九页嵌入式系统(xtng)的定义 系统：组织、制度(zhd)、体系。 嵌入式系统（Embedded System：被嵌入在各种设备中，担负控制作用的计算机系统（嵌入式设备控制系统）。 从工厂机械设备的计算机控制系统到搭载微处理器的电饭煲都可以称为嵌入式系统。 所具有的处理功能事先已经确定，用户基本上不能再更改

4、功能的计算机系统。某个嵌入式系统往往面向某个特定应用领域，故可以采用适合该领域的最优化配置。7共六十九页嵌入式系统(xtng)的构成人外部输入外部输出音响显示器存储介质等马达等话筒摄像机存储介质广播等温度计加速度计等多媒体控制能源环境其它系统数据处理调制调谐 安全（认证，加密等）传感器加密加密认证显示设定处理8共六十九页嵌入式系统(xtng)的要求要求说明1. 低成本针对特定应用领域最优化2. 低功耗移动设备、节省能源领域3. 高可靠性涉及人身安全、社会安全的控制系统4. 实时性实时控制设备领域5. Time to Market及时满足市场需求6. 使用环境条件苛刻条件（温度/震动等）下保证正

5、常运行7.空间尺寸的制约大小，重量的制约8.易操作性远程维护9共六十九页嵌入式系统(xtng)和SOC的关系嵌入式系统(xtng)的典型案例针对特定应用领域的系统优化SOC(System On Chip)系统规格HW规格SW规格体系结构1.性能优先2.成本优先3.功耗优先4.开发周期优先5.可靠性优先 产品化需求规格MemoryMemory10共六十九页例1：多媒体处理(chl)SOCMemory（64bit)视频设备视频处理模块RISC模块并行处理器DSP模块LSD音频接口视频输出视频输入过滤器过滤器图形处理器DebugI/FMemoryI/F外部I/FBusBridge指令RAM数据RAM

6、BusBridge数据RAM指令RAM规格H.320,H.324门数3164Kgates视频接口NTSC，PAL电源电压1.8V（内部），3.3V（I/O)视频编解码H.261,H.263,MPEG-4芯片面积10.5x10.5mm2最大帧频30FPS功耗1.2W解复用方案H.221,H.223封装336pinPBGA传输速度最大384Kbps工艺0.18um 4-metal CMOS芯片照片(zhopin)（三菱电机）11共六十九页例2：手机(shu j)SOC芯片照片 （三菱电机）Block DiagramPowerUp混频FilterRFSwitch前置放大混频放大电源管理PCMCODE

7、C键盘音频CODECTDMA基带处理各LSI控制协议控制人际界面12共六十九页软硬件的比重(bzhng)根据硬件化的目的（高性能化、小型化、低功耗化、降低成本、知识产权保护等）、系统规模/性能、量产规模、弹性设计要求、开发周期等确定实现方法！需求规格高速弹性低功耗低成本13共六十九页软硬件的比重(bzhng)HWSW性能优先优点：专用处理电路可提高性能缺点：成本增加缺点：提高主频会导致功耗增加成本优先优点：量产规模大时成本降低缺点：量产规模小时成本增加优点：可使用已经大规模量产化的CPU；统一的开发环境功耗优先优点：和SW相比，可以以较低主频实现同样的功能，功耗低；只需要对需要的部分供电。缺点

8、：和HW相比，主频很高，而且未使用的部分也消耗电力弹性设计优先缺点：改变芯片需要改版。优点：用FPGA实现可提供一定弹性，但成本高优点：变更容易缺点：知识产权保护困难开发周期优先缺点：开发周期长优点：可IP复用优点：开发周期短，可以使用软件IP14共六十九页本讲的内容(nirng)1 系统级设计的背景2 需求规格(gug)定义的概要3 需求规格定义的方法4 系统规格描述语言与设计方法5 体系结构构成要素6 体系结构设计方法7 体系结构描述语言 第五讲 系统级设计15共六十九页所谓(suwi)需求 顾客为了解决问题或达到某种目的所需具备(jbi)的必要条件或能力。 为了符合合同、标准、规范或其它

9、正式文件，系统或系统构成组件所需具备的条件或能力。 将上面两条中的条件或能力进行文档化的结果。16共六十九页需求规格(gug)、系统规格(gug)、体系结构规格(gug) 需求规格（Requirement Specification） 详细描述系统顾客或用户所关心的内容，包括系统的功能及必须(bx)满足的制约(系统制约及组织制约）。 系统规格（System Specification） 与系统边界定义及系统与环境之间相互作用的信息定义相关的内容。在这个规格中，系统以黑盒子的方式体现出来。 体系结构规格（Architecture Specification） 从高层次的视点来观察系统的内部设计，

10、所表现的内容。17共六十九页需求(xqi)分析例：电饭煲的变迁上个世纪30年代(nindi)上个世纪70年代现在方便、便利更多更复杂的功能对人友好对环境友好18共六十九页系统(xtng)需求概况 环境(hunjng)问题 产品责任 通用性设计 信息家电 无处不在的计算机 服务设计19共六十九页环境(hunjng)问题【问题(wnt)】 对人体的影响 环境荷尔蒙、病态建筑综合症等 对地球环境的影响 污染、温暖化、垃圾等【对应】 ISO14000s 家电回收20共六十九页产品(chnpn)责任（Product Liability） 产品责任又称产品侵权损害赔偿责任，是指产品存在可能危及人身、财产安

11、全的不合理危险，造成消费者人身或者除缺陷产品以外(ywi)的其他财产损失后，缺陷产品的生产者、销售者应当承担的特殊的侵权法律责任。 缺陷 指产品缺少通常所应该具有的安全性。 设计上的缺陷。 制造上的缺陷。 警告标识上的缺陷。21共六十九页通用性设计(shj)（Universal Design） 定义(dngy)：产品与环境的设计应该适合所有人的使用，而不需要进行额外的改编和特殊化的设计以适合特定需要。 - Ron Mace ( North Carolina University -The Center for Universal Design ) 通用性设计七原则 一、公平性原则 二、使用可变

12、性原则 三、简单直观原则 四、信息可觉察性原则五、容错性原则六、低体力消耗原则七、尺度空间可接近使用原则22共六十九页信息家电（Information Appliance） D.A. Norman, Invisible Computer 计算机通常使用比较困难，且随着IT技术的进化而不断演变。因此，计算机设计应该以人为本，最终将计算机技术与传统(chuntng)家电相结合，发展为信息家电的形式。 信息家电更多的指带有嵌入式处理器的小型家用(个人用)信息(xnx)设备，它的基本特征是与网络(主要指互联网)相连而有一些具体功能，可以是成套产品，也可以是一个辅助配件。23开发过程要从以技术为中心的设

13、计过程向以人为本的设计过程转变共六十九页无处不在的计算机（ Ubiquitous Computer） Mark，Weiser， Xerox 将计算机嵌入到环境或日常工具中去的，能够使人更自然的和计算机交互。其显著目标之一则是使得计算机设备可以感知周围的环境变化，从而根据环境的变化做出自动的基于用户(yngh)需要或者设定的行为。 三种(sn zhn)特性：1.无所不在的技术，意指技术和环境融为一体。2. 渗透式技术，即无缝式整合科技。3.可携带的。24共六十九页服务(fw)设计（Service Design） 与网络通信的结合(jih) 通过Web的信息传输、共享等 统一解决方案 与社会基干系

14、统的结合 基于蓝牙通信的网络互联等 ITS（Intelligent Transfer system）等等 25共六十九页本讲的内容(nirng)1 系统级设计的背景2 需求规格定义的概要3 需求规格定义的方法(fngf)4 系统规格描述语言与设计方法5 体系结构构成要素6 体系结构设计方法7 体系结构描述语言 第五讲 系统级设计26共六十九页需求(xqi)规格确定过程1.理解顾客的需求，制定面向顾客的设计流程2.理解顾客的使用状况3.描述顾客的要求事项4.创建设计概念或原型5.评估原型是否满足顾客的要求评估设计使用状况要求事项 RESPECT (Requirements Engineering

15、 and Specification in Telematics)： European Usability Support Centers的HUSAT研究所开发的需求(xqi)规格定义方法。ISO1340727共六十九页需求规格(gug)确定过程的阶段1评估设计使用状况要求事项1.1 项目摘要1.2 确定用户及相关人员1.3 确定用户特性1.4 描述技术环境1.5 描述物理环境1.6 描述社会组织环境1.7 确定用户目标和任务1.8 分析现在的任务过程1.9 分析现有系统及竞争系统 1.10 创建系统概念 1.11 实施专家评审28共六十九页项目(xingm)摘要（1.1）项目摘要项目确认事项

16、系统名称易用性高的全新ATM系统功能取款、存款、汇款、还贷、兑换等等项目目标通过ATM，扩展金融服务范围及区域；通过ATM，提高金融服务的效率及可靠性；提供安全的金融服务。市场定位金融机关用户层普通用户，包括残疾人士及老年人。开发意图在竞争激烈的ATM市场、扩展ATM的使用方法。系统使用方法按照屏幕的指示，通过键盘输入。同时考虑其它输入方法（语音识别、远程控制等）和输出方法（音频、点字显示器等）。29共六十九页确定用户及相关(xinggun)人员（1.2）用户及相关人员系统名称：易用性高的全新ATM用户在系统中的作用及对应系统使用方法银行顾客银行工作人员维护人员使用ATM，接受金融服务。钱币的

17、补充及收集，一般故障的维护。6月一次的安全检查及严重故障的维护。相关人员在系统中的作用及对应系统使用方法银行宣传部门参与决定ATM空闲状态时显示何种广告信息。30共六十九页确定用户(yngh)特性（1.3）用户团体的特性系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民用户特性可能存在的用户要求年龄层：18岁以上进行男女相同数量的用户测试。教育水平：包括所有教育层次既是用户只有少许的阅读能力，也要使得其能够使用。身体上的限制，包括四肢及视觉障碍等等保证系统键盘及显示器设置在合适的高度；使用简单的输入装置；使用键盘时，键要大；要能提供其它的输入方法。31共六十九页描述(mio sh)技术环境（1.

18、4）技术环境系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民技术的制约条件用户要求事项人机交互的硬件提供新服务的标准装备必要的场合使用触摸显示屏必要的场合提供声音输入输出的喇叭及麦克风必须结实接口要素或键的排列要符合习惯或标准。系统支援的关联机器系统死机时通知维护人员的电话机有必要设置系统发生严重故障时自动通知维护人员的装置提供必要的与服务内容相关的纸质凭证新ATM机的使用说明书必须有与主要业务相关的操作说明32共六十九页描述物理(wl)环境（1.5）物理环境系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民物理环境的特征潜在的用户要求温度、大气条件、湿度等设备需要在以下条件下保证工作：温度：-

19、10C - +40C湿度：55%-90%、下雨视觉环境：白天及晚上使用，太阳光可能被反射到画面上尽可能避免会让太阳光发射到画面的场所；为了便于夜间使用，需设置照明器具用户的姿势：通常站着使用，也要保证坐在轮椅上的用户使用。高度需能保证至少80%的使用轮椅的用户能够触及。33共六十九页描述社会组织(zzh)环境（1.6）社会组织环境系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民社会组织环境的特征潜在的用户要求信息技术政策：所有的银行分店都设置ATM机，为了降低人工成本，应该推广使用ATM。银行工作人员任何时候都需能够提供与ATM使用方法相关的建议。令人不安的场合：排长队等待的场合如果用户不方便

20、继续操作或感受到不安时，随时都能保证用户终止操作。安全性：可能发生盗窃或抢劫提供报警装置个人隐私：让他人看见用户的资金信息或密码的危险设置遮挡物，以免他人看见用户的操作内容。34共六十九页确定用户目标(mbio)及任务（1.7）用户目标及任务系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民目标用户目标1：保证金融服务能够迅速、安全地执行银行顾客目标2：补充现金银行工作人员目标3：补充纸张银行工作人员目标4：机器故障时发出通知银行顾客及工作人员目标5：维修机器故障银行工作人员及维护人员35共六十九页分析现有(xin yu)的任务过程（1.8）现有过程用户团体：一般市民目标1：保证金融服务能够迅速

21、、安全地执行任务步骤问题潜在的用户要求1.排队等候2.插入银行卡插错卡卡上设置插入方向标识；在显示画面上以图像或动画的方式提示。6.选择是否需要打印凭证没有纸了7.取卡不能吐卡8.取现金或凭证现金或凭证不出来；金额不对；用户受到他人威胁，被抢走现金设置可登记出问题时间的输入键；设置监控摄像机。36共六十九页分析(fnx)现有系统及竞争系统（1.8）现有系统与竞争系统的比较系统名称：易用性高的全新ATM具体目标参考系统优点缺点目标1：保证金融服务能够迅速、安全地执行A公司的ATM机防眩光屏幕小键盘目标2：补充现金B公司的ATM机现金快用完时提前通知目标3：补充纸张C公司的ATM机纸张快用完时提前

22、通知目标4：机器故障时发出通知D公司的ATM机目标5：维修机器故障E公司的ATM机逐步诊断系统37共六十九页创建系统(xtng)概念（1.9）系统概念系统名称：易用性高的全新ATM具体目标设计概念说明目标1：保证金融服务能够迅速、安全地执行语音系统的提示虽然成本增加，但是对盲人有帮助入门Q&A有效的注意，但是可能降低系统交互速度目标2：补充现金即使在操作中也能够简单地补充现金可能造成系统电气故障，不建议。目标3：补充纸张作中也能够简单地补充纸张可能造成系统电气故障，不建议。目标5：维修机器故障即使专业维护人员不到场，银行工作人员也能修理有考虑的余地，但是会增大银行工作人员的负担。38共六十九页

23、实施专家(zhunji)评审（1.10） 与需求规格(gug)相关的专家 人机互动：人文科学专业人员（人体工程学、心理学、社会学等） 商业：市场、营业、策划等 技术：设计39共六十九页需求(xqi)规格确定过程的阶段2评估设计使用状况要求事项2.1 制定一般性的通用目标及 指导方针2.2 设计制约条件的明确化2.3 任务方案的明确化2.4 新任务流程的建议2.5 原型的制作2.6 原型的用户测试2.7 性价比审查40共六十九页制定一般性的通用(tngyng)目标及指导方针（2.1）一般可用性目标系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民可用性目标与目标相关的用户要求有效性：任务完成的数量

24、及品质正确实施用户任务效率性：与专门人员操作时间的比较用户期待能够尽快熟悉使用，反应时间越长越会不耐烦直观性：最低限提示即能完成任务的可能性如果不能直观操作，可能会失去新的用户用户控制权：用户对系统进行控制，掌控操作过程的能力用户需要确信自己能够操作系统，即使发生意外情况也能妥当处理41共六十九页设计(shj)制约条件的明确化（2.2）制约条件系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民假定系统作为现金存取款机使用。画面尺寸为标准的10英寸，支持640 x480的解像度。画面上设置8个软键盘的输入键，左右两侧各4个。键盘上的键为16个一下，组合任意。键的颜色任意。42共六十九页任务(rn

25、wu)方案的明确化（2.3）任务方案系统名称：易用性高的全新ATM用户团体：一般市民方案任务目标用户插入卡，输入密码，选择取款，输入金额，提取现金、卡及凭证经常使用ATM的用户90%可以在1分钟以内完成该任务。第一次使用ATM的用户70%可以在1分钟以内完成该任务。用户插入卡，输入密码。这个时候用户受的后面的人的威胁用户需能尽快触发报警装置，尽快从ATM场所脱离。ATM中的现金或纸张在营业时间内发生短缺，用户想采用某种方式向银行工作人员联系。ATM机将状态汇报给银行工作人员，5分钟以内现金或纸张得到补充。ATM中的现金或纸张在营业时间以外发生短缺。ATM机以某种方式协助用户。43共六十九页新任

26、务(rn wu)流程的建议（2.4）新流程系统名称：易用性高的全新ATM目标1：保证金融服务能够迅速、安全地执行方案1：用户插入卡，输入密码，选择取款，输入金额，提取现金、卡及凭证任务目标：经常使用ATM的用户90%可以在1分钟以内完成该任务。第一次使用ATM的用户70%可以在1分钟以内完成该任务。步骤要求功能或特性1.排队等候4.选择取款功能系统提示最大取款金额。6.选择是否需要打印凭证用户可以选择要或不要。7.取卡44共六十九页原型(yunxng)制作（2.5） 纸上原型(yunxng)。 使用软件设计的原型或仿真。 使用视频的仿真。45共六十九页原型(yunxng)的用户测试（2.6）用

27、户测试的例子系统名称：易用性高的全新ATM测试方案用户要求改善用户故意插入错误的银行卡，画面显示银行卡错误并退出卡后，用户改变卡的方向，再次插入。用户故意多次输错密码画面上提示银行卡的正确插入方向。ATM机随意没收卡是不可取的。退出卡，保留错误操作记录比较好。用户忘记密码时，ATM机退出银行卡，提示用户持卡前往柜台办理相关手续。在此期间自动冻结该卡的一切业务功能。如果在规定时间内，用户未与银行联系，该卡将自动失效，新卡的办卡申请资料将被邮寄至所登记的持卡人。46共六十九页性价比审查(shnch)（2.7）性价比审查的例子用户对象：银行工作人员事件效果成本改善发生故障时接受通知确定故障原因，修理

28、简单故障严重故障的时候，联系专业维护人员现场处理的责任范围。提高银行工作人员的技术水平组织与其它部门的业务交流花费时间，付出辛苦。简单故障时招来专业维护人员，可能招致责怪为了正确判断什么情况下该自己修理什么情况叫专业维修人员，有必要保留详细的维修记录。47共六十九页需求规格确定(qudng)过程的阶段3评估设计使用状况要求事项3.1 系统的一般特征3.2 系统构成3.3 任务方案相互作用步骤3.4 技术环境3.5 系统功能与性能3.6 用户接口设计3.7 用户支持3.8 物理环境3.9 社会组织环境3.10 使用指南3.11 测试计划3.12 引入计划 48共六十九页要求(yoqi)事项的整合

29、使用状况特性要求1.1.1特性要求1.1.2原型评估特性要求2.1.1特性要求2.1.2要求事项要求1.1.1要求1.1.2要求2.1.1要求2.1.2要求事项的精炼需求规格化49共六十九页要求(yoqi)事项的整合系统：新ATMNO要求事项（优先度、可行性分5段评估）优先度可行性1设置报警装置，确保安全312发生故障时，自动报告423设置密码或指纹认证系统434设置系统死机时的重启键425现金短缺前自动提示236纸张短缺前自动提示337机械故障导致卡取不出时，按某个键可以联系银行工作人员38提示最大可操作金额2350共六十九页东芝SpecCon手法(shuf)QFD Matrix顾客的要求项

30、目特性要求&重要度与顾客要求与特性相关的信息+市场竞争情报商业战略目标规格51共六十九页本讲的内容(nirng)1 系统级设计的背景2 需求规格定义的概要3 需求规格定义的方法(fngf)4 系统规格描述语言与设计方法5 体系结构构成要素6 体系结构设计方法7 体系结构描述语言 第五讲 系统级设计52共六十九页系统设计：开发(kif)流程规格分析规格定义设计代码测试维护 上游工作(gngzu)对下游产生重要影响 避免误解与暧昧性的内容极其重要瀑布模型53共六十九页系统设计(shj)：开发流程分析设计实施评价测试 各个阶段(jidun)循环反复进行直到完成螺旋模型 各个阶段之间须保证确实可靠的交

31、流 各个阶段之间须有平稳过渡的机制54共六十九页使用系统(xtng)规格描述语言的意义 作为表达(biod)意图的手段： 具有将意图有形化的作用。 可以比较容易地描述系统。 作为交流的手段： 具有在各个开发阶段传递信息的作用。 有助于开发者之间、开发者与顾客之间等人与人的沟通交流。 实现技术储备，可成为将来的资产。55共六十九页系统(xtng)规格描述语言的必要条件 须拥有(yngyu)充分的表现能力 实现系统描述所需的概念、语法等。 须拥有明确的定义 消除误解及暧昧。 可灵活使用。 为各个开发阶段的平稳过渡作出贡献。56共六十九页UML登场(dng chng)的背景家公司57共六十九页嵌入式

32、系统(xtng)的观察：View UML提供5个观察系统(xtng)的不同ViewSystem Usecase 系统如何工作？ （What） Logic 系统如何组织？ （How） Configuration 实际的结构 Componet 要素之间的关系 Parallelism 时间的变化 58共六十九页嵌入式系统(xtng)的表达：Diagram Diagram描述(mio sh)各个View的内容 用例图（Usecase） 类图（Class ） 对象图（ Object ） 顺序图（ Sequence ） 合作图（ Cooperation ） 活动图（ Activity ） 状态图（ Sta

33、te ） 构件图（ Componet ） 配置图（Configuration）59 包图（ Package ）共六十九页规格描述：通过(tnggu)View与Diagram表示Class图Usecase ViewUsecase图Logic ViewLogic ViewSequence图Sequence图60共六十九页5个View：Usecase View 描述(mio sh)系统如何工作 说明(shumng)外部相关人员（Actor) 不设计具体的实现手段61共六十九页5个View：Logic View 描述(mio sh)可实现顾客要求的系统构成 描述(mio sh)实现Usecase View的手段 分静态和动态两个方面描述顾客顾客ID姓名住所电话登记（）输入（）订货订单ID日期登记（）输入（）订单数量商品库存数量运输物流中心商品信息收货人地址发货人指定运输方式订货商品物流中心1.订货信息输入2.生成订单3.销售范围？4.是否在库5.