第十章 设计系统.doc

第十章 设计系统 VLSI系统设计通常包括了两个主要的设计层次：系统的硬件结构设计和系统的版图设计。 系统的结构设计的目标是逻辑和电路，设计的结果是硬件逻辑、电路结构。系统设计通常从行为描述（或逻辑描述）开始，到门级（或门级/功能级）硬件结构结束。 系统的版图设计是针对具体的硬件结构，根据实施的技术，将硬件结构转换为两维平面上的几何图形的设计过程。这个过程又被称为物理设计。 结构设计和版图设计是两大设计分枝，但又彼此依赖。结构设计的结果是版图设计的基本蓝图，版图设计的结果又将反过来影响系统的性能甚至功能。因此，一个VLSI系统设计的优劣将由这两个设计方面决定。 设计系统是VLSI的设计工具，它为设计优秀的VLSI系统提供了强有力的设计手段。离开了设计系统，VLSI系统设计不可能实现。设计系统除了提供结构设计和版图设计的工具外，还提供了仿真和检查工具，以及其它辅助工具。 10.1 设计系统的组织 一个设计系统是一个软件包，它包含了许多应用软件以及数据库。应用软件主要由设计软件和分析检查软件以及数据交换接口软件组成，数据库主要包括两部分：基本数据库和新建数据库，当然，设计系统还包括了一个管理和支持软件。图10.1显示了一个设计系统的基本组织结构。 10.1.1 管理和支持软件模块 管理和支持软件模块是一个“主程序”，它负责组织各软件的运行，管理数据库，协调软件与软件、软件与数据库的数据传输与交换，它甚至还要负责新软件、新数据库的添加、管理与协调。总之，它是一个软件与数据库的组织者与管理者。 10.1.2 数据库 可以说，数据库是一切设计的基础，没有它，各软件就失去了操作的对象，设计也就无从谈起。数据库包括两个主要部分：基本数据库和新建数据库。基本数据库通常是随设计系统一起引入的，某些基本数据库的内容可以修改，例如描述工艺规则参数的数据库。新建数据库则是由使用者根据设计需要添加的数据库，它不断被积累扩充，它是基本数据库的一种扩展。下面对几种常用的数据库加以简单地介绍。 1. 逻辑单元库 逻辑单元库的内容是各种逻辑单元的行为、符号，内部连接与外部端口的描述，是逻辑描述的基础。我们之所以能调用逻辑单元描述结构并且能将逻辑与晶体管形成对应，以及能够进行仿真，正是因为有逻辑单元库的存在。 当我们设计了新的逻辑单元模块，并将它作为进一步设计的基本模块时，我们就对逻辑单元库进行了扩展。当然，在管理上对基本逻辑单元和用户单元是加以区别的。 图10.1 设计系统的组织结构 2. 工艺文件库 工艺文件库通常包括了两方面的内容：几何设计规则和电学设计规则。在第三章中我们已对这两个设计规则的具体内容做了介绍，这里只讨论它们在设计中的作用。 任何VLSI系统的最终实现都必须经过工艺过程。即使是现场编程器件也不例外，只不过它的工艺已预先完成。在设计中，几何设计规则是版图设计与检查的依据，电学规则则是仿真分析的依据。 在设计中，人们往往忽视了工艺数据库的作用，因为我们常常“看不到”工艺对设计的影响。实际上，工艺数据库的内容和加工工艺是否一致，将直接影响到我们的仿真结果的真实性，影响到设计是否能在工艺线上实现的问题。 3. 标准单元库和积木单元库 这是一个可选库，如果采用标准单元实现设计则必须具备标准单元库。标准单元库通常有两种类型：框加库和完备库。 框加库只描述了标准单元的拓扑结构，即外框描述，并不具备具体的标准单元版图内容。版图设计进行到布局、布线结束，最后的版图生成和后仿真由提供标准单元的厂家生成。 完备库则包含了具体的标准单元版图，这些版图以CIF格式或GDSII格式或EDIF格式描述。 标准单元库的来源有二：自建和选购。所谓自建就是由设计者针对某条工艺线的具体设计规则设计单元库的版图并验证，选购则是选定具体的厂家的具体工艺线，购买该工艺线对应的标准单元库。 积木单元库的情况与标准单元库的情况相同。 4. 输入输出（I/O）单元库 这是一个基本库，它的库单元通常是标准单元形式，但它是独立于标准单元库而存在的。这是因为即使没有标准单元库，输入输出单元库也必须存在。 同样的，随着设计系统的使用，输入输出单元库也会不断地得到扩充。 10.1.3 应用软件 应用软件是设计系统的主要组成。根据各应用软件的功能大致可将应用软件分为五类：逻辑设计类软件，仿真工具类软件，版图设计类软件，校验检查类软件和其它应用类软件。其中，前四类软件是设计中的常用软件。 1. 逻辑设计类软件 逻辑设计入口主要有两种：从行为级或寄存器传输级进入设计；从原始逻辑进入设计。 前者是从待设计系统的行为或信号的传输形式（数据流、控制流）开始设计，采用逻辑综合软件实现门级逻辑结构。系统的行为和信号的传输形式的描述采用HDL，根据设计要求或已有的设计基础，系统中的一