海思半导体Asic.doc

一集成电路设计前端流程及工具。1. 设计输入1) 设计的行为或结构描述。2) 典型文本输入工具有ultraedit-32和editplus.exe.。3) 典型图形化输入工具-mentor的renoir。4) 我认为ultraedit-32最佳。2. 代码调试1) 对设计输入的文件做代码调试，语法检查。2) 典型工具为debussy。3. 前仿真1) 功能仿真2) 验证逻辑模型(没有使用时间延迟)。3) 典型工具有mentor公司的modelsim、synopsys公司的vcs和vss、aldec公司的active、cadense公司的nc。4) 我认为做功能仿真synopsys公司的vcs和vss速度最快，并且调试器最好用，mentor公司的modelsim对于读写文件速度最快，波形窗口比较好用。4. 综合1) 把设计翻译成原始的目标工艺2) 最优化3) 合适的面积要求和性能要求4) 典型工具有mentor公司的leonardospectrum、synopsys公司的dc、synplicity公司的synplify。5) 推荐初学者使用mentor公司的leonardospectrum，由于它在只作简单约束综合后的速度和面积最优，如果你对综合工具比较了解，可以使用synplicity公司的synplify。5. 布局和布线 1) 映射设计到目标工艺里指定位置 2) 指定的布线资源应被使用3) 由于pld市场目前只剩下altera，xilinx，lattice，actel，quicklogic，atmel六家公司，其中前5家为专业pld公司，并且前3家几乎占有了90的市场份额，而我们一般使用altera，xilinx公司的pld居多，所以典型布局和布线的工具为altera公司的quartus ii和maxplus ii、xilinx公司的ise和foudation。4) maxplus ii和foudation分别为altera公司和xilinx公司的第一代产品，所以布局布线一般使用quartus ii和ise。6. 后仿真1) 时序仿真2) 验证设计一旦编程或配置将能在目标工艺里工作（使用时间延迟）。3) 所用工具同前仿真所用软件。7. 时序分析1) 一般借助布局布线工具自带的时序分析工具，也可以使用synopsys公司的 primetime软件和mentor graphics公司的tau timing analysis软件。8. 验证合乎性能规范1) 验证合乎性能规范，如果不满足，回到第一步。9. 版图设计1) 验证版版图设计。2) 在板编程和测试器件。 二FPGA和ASIC的概念，他们的区别现场可编程门阵列（FPGA）是基于通过可编程互联连接的可配置逻辑块（LCB）矩阵的可编程半导体器件。FPGA可以针对所需的应用或功能要求进行编程。其中可编程是基于SRAM的。一共包括三个部分：可配置逻辑块（CLB）、互连 、SelectIO（IOB）、存储器、完整的时钟管理。FPGA的一般特性 当今的FPGA已经远远超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能（如RAM、时钟管理和DSP）的硬（ASIC型）块。 FPGA内的基本元件如下所示。可配置逻辑块（CLB） CLB是FPGA内的基本逻辑单元。 实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB都包含一个由4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）和触发器组成的可配置开关矩阵。 开关矩阵是高度灵活的，可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。 相应器件的数据手册中提供了更系统的详情。 互连 CLB提供了逻辑性能，灵活的互联布线在CLB和I/O之间发送信号。 有几种布线方法，从专门实现CLB互联的到快速水平和垂直长线，再到实现时钟与其它全局信号的低歪斜发送的器件。 除非特别规定，设计软件使得互联布线任务从用户眼前消失，这样就极大地降低了设计复杂度。 SelectIO（IOB） 当今的FPGA支持很多I/O标准，这样就为您的系统提供了理想的接口连接。 FPGA内的I/O按组分类，每组都能够独立的支持不同的I/O标准。 当今领先的FPGA提供了很多I/O组，这样就实现了I/O支持的灵活性。 存储器大多数FPGA均提供嵌入式Block RAM存储器，这可以在您的设计中实现片上存储器。 这可以为您的设计实现片上存储器。 Xilinx FPGA在36 kbit块中提供高达10 Mbits的片上存储器，可以支持真正的双端口操作。 完整的时钟管理业内大多数FPGA均提供数字时钟管理（Xilinx的全部FPGA均具有这种特性）。 Xilinx推出的最先进的FPGA提供数字时钟管理和相位环路锁定。相位环路锁定能够提供精确的时钟综合，且能够降低抖动，并能够实现过滤功能。什么是ASIC?ASIC（Application Specific Intergrated Circuits）即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，品种多、批量少，要求设计和生产周期短，它作为集成电路技术与特定用户的整机或系统技术紧密结合的产物，与通用集成电路相比具有体积更小、重量更轻、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。区别：1 适用于比较大的项目，成本相对低。FPGA比较适合小项目，片数比较少时。开发速度快。2 ASIC是生产时其逻辑功能就固定了；而FPGA是可编程的。3 FPGA的资源利用率比较低、功耗会远远大于ASIC芯片、面积也会比较大。4 FPGA灵活性、小项目成本比较低。FPGA和ASIC的比较ASIC是专用集成电路的简称，一般情况下用于性能很高，用量很大的场合。FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)作为现场可编程器件，在最近几年发展非常迅速，其可升级的特性为最大特点。FPGA因为具有高度的灵活性，占据了很多ASIC的领域。资源利用率和功耗。从FPGA资源利用的角度看，FPGA作为通用器件，在架构设计中是从统计的角度出发进行内部资源的比例分配(比如查找表的输入数量、存储器和逻辑的比例等等)。但是，针对一个安全产品的个案来讲，统计的资源利用情况不一定适合自己的应用。比如存储器资源，特定的体系架构中，作为数据缓冲的内部存储器往往需要很大，但是控制逻辑却不是那么多，这时存储器的资源和逻辑资源的分配出现了失调，不能找到一个合适的FPGA以低成本的方式直接实现。变通的方法只能是修改体系架构，使用外部的存储器，这样就不可避免地增加了成本，降低了可靠性。在ASIC的设计中，完全不用考虑资源比例的限制，可以根据实际的需要优化体系架构。同样地，因为FPGA的资源利用率比较低，有同样功能的FPGA芯片的功耗会远远大于ASIC芯片，这样就增加了系统的散热负荷，不可避免地增加了成本，降低了可靠性。设计难度。对于FPGA的设计难度的估计往往过于乐观。对于前端设计，FPGA和ASIC相差不多。对于后端设计，ASIC往往被认为有着非常长的时间和复杂度，也容易出问题。而对于FPGA来说，后端的实现不是很困难的事情。但是，事实上，后端的复杂度是由设计的复杂度和成本约束共同决定的。也就是说，如果同样的设计在ASIC的后端实现中很困难，那么在FPGA中情况只能更加恶化。因为在FPGA中，同样功能的逻辑电路经过映射后的逻辑级数会比ASIC映射后的逻辑级数增加很多，导致时序收敛更加困难。在大部分的FPGA设计中，是用芯片面积来换取性能的，其实质是牺牲了效率，当然带来的结果就是成本的提高。灵活性。关于ASIC的批评声音中，很重要的一点就是ASIC不能改变，不具备和FPGA同样的灵活性。这个说法在很大程度上是没有问题的，但是随着技术的发展，ASIC也在从架构角度增加灵活性，以提高ASIC芯片对未来业务的适应能力。经常用到的技术包括:ASIC内部内嵌可编程单元(NP技术类似)、结构化ASIC、增加对未知应用的预留接口等。FPGA的低成本方案。在FPGA的单件成本高的问题上，FPGA厂商提出了各自的方案。以领先的两家公司Xilinx和Altera为例，他们分别提出了EasyPath和HardCopy的成本降低方案。EasyPath是通过优化测试技术从而只测试用户用到的芯片部分来节约成本。如果一个设计的芯片资源利用率已经很大的话，EasyPath因为没有很大的操作空间，应该不会有很明显的成本降低。HardCopy实际上是一种结构化ASIC的方案，已经不能把它作为FPGA来对待。其原理是通过重新映射把原来的FPGA逻辑用结构化的ASIC方式实现。这种方案能够比FPGA明显地降低芯片的尺寸，还可以选择更合理的封装，从而降低成本。但是带来的后果是时序有变化和重新设计PCB板。这种方案也有NRE(None Recurring Engineering，一次性投入费用)的问题。从结构上讲，FPGA是可编程的，电路是可变的，可以根据使用的目的自由设计，也由此导致面积使用效率低。ASIC是根据使用的目的专门开发的电路，不能随意更改，但面积使用效率很高。从成本上讲，FPGA能有效控制time to market 以及初次投资成本。而在大规模销售情况下，ASIC的平均成本比FPGA低一个量级，但是初次投资成本很高。3. LATCH和DFF的概念和区别LATCH为锁存器，输出端的状态不不随着输入端的状态的改变而改变，只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号来。故它是电平触发。DFF为由由D触发器构成的寄存器，用来储存代码或数据的逻辑部件。是同步时钟边沿触发。触发器：能够存储一位信号的基本单元电路称为“触发器”；区别：从寄存数据的角度来年，寄存器和锁存器的功能是相同的；它们的区别在于寄存器是同步时钟控制，而锁存器是电位信号控制。可见，寄存器和锁存器具有不同的应用场合，取决于控制方式以及控制信号和数据之间的时间关系：若数据有效一定滞后于控制信号有效，则只能使用锁；数据提前于控制信号而到达并且要求同步操作，则可用寄存器来存放数据。锁存器：输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号。通常只有0和1两个值。典型的逻辑电路是D触发器。缓冲器：多用在总线上，提高驱动能力、隔离前后级，缓冲器多半有三态输出功能。三态缓冲器就是典型的线与逻辑器件，可允许多个器件挂在一条总线上，当然OC输出也可用在线与逻辑应用上。OC门，又称集电极开路（漏极开路）与非门门电路，Open Collector（Open Drain）。为什么引入OC门？实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上，将这些与非门上的数据（状态电平）用同一条导线输送出去。因此，需要一种新的与非门电路-OC门来实现“线与逻辑”。OC门主要用于3个方面：实现与或非逻辑，用做电平转换，用做驱动器。由于OC门电路的输出管的集电极悬空，使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。OC门使用上拉电阻以输出高电平，此外为了加大输出引脚的驱动能力，上拉电阻阻值的选择原则，从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。 线与逻辑，即两个输出端（包括两个以上）直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用，而一般TTL门输出端并不能直接并接使用，否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流（灌电流），而烧坏器件。在硬件上，可用OC门或三态门（ST门）来实现。用OC门实现线与，应同时在输出端口应加一个上拉电阻。三态门（ST门）主要用在应用于多个门输出共享数据总线，为避免多个门输出同时占用数据总线，这些门的使能信号（EN）中只允许有一个为有效电平（如高电平），由于三态门的输出是推拉式的低阻输出，且不需接上拉（负载）电阻，所以开关速度比 OC门快，常用三态门作为输出缓冲器。建立时间和保持时间图1 建立时间（setup time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间， 如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。 如图1 。 数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求，当然在一些情况下，建立时间和保持时间的值可以为零。 PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间。4. 用DFF实现二分频。5. 用VERILOG或VHDL写一段代码，实现消除一个glitchmodule dff(d, clr, cp,rst, Q); input d; input clr; input rst; input cp; output Q; reg Q; always (posedge cp or posedge rst) if(rst) Q = 0; else Q = d; endmodule7. 用VERILOG或VHDL写一段代码，实现10进制计数器。module timer(clk, rst, out); input clk; input rst; output 3:0 out; reg 3:0 count; assign out = count; always (posedge clk) if(rst) count = 0; else case(count) 0,1,2,3,4,5,6,7,8: count = count + 1; default: count = 0; endcaseendmodule8. 给出一个门级的图，又给了各个门的传输延时，问关键路径是什么，还问给出输入，使得输出依赖于关键路径。9. A,B,C,D,E进行投票，多数服从少数，输出是F（也就是如果A,B,C,D,E中1的个数比0多，那么F输出为1，否则F为0），用与非门实现，输入数目没有限制。F=ABC+ABD+ABE+ACD+ACE+ADE+BCD+BCE+BDE+CDE= （ABC+ABD+ABE+ACD+ACE+ADE+BCD+BCE+BDE+CDE）= （ABC）（ ABD）（ ABE）（ ACD）（ ACE）（ ADE）（ BCD）（ BCE）（ BDE）（ CDE）1。集成电路设计前端流程及工具。IC front-end design procedure and tools.这个不用回答了吧。2。FPGA和ASIC的概念，他们的区别 The concepts of FPGA and ASIC, whats the difference?FPGA：现场可编程门阵列； ASIC: 专用集成电路。从结构上讲，FPGA是可编程的，电路是可变的，可以根据使用的目的自由设计，也由此导致面积使用效率低。ASIC是根据使用的目的专门开发的电路，不能随意更改，但面积使用效率很高。从成本上讲，FPGA能有效控制time to market 以及初次投资成本。而在大规模销售情况下，ASIC的平均成本比FPGA低一个量级，但是初次投资成本很高。3。DLATCH和DFF的概念和区别 功能大家都知道了，结构上通常DFF是由两级Dlatch构成，接入相位相反的时钟驱动信号；如果第一级接入低有效驱动，第二级高有效驱动，则DFF是上升沿有效。也可相反。4。用DFF实现二分频。 把Qb接到D就行了。 5。用VERILOG或VHDL写一段代码