ASIC前端设计.ppt

第4章 ASIC前端设计 * 4.1 ASIC前端设计概念 4.2 ASIC前端设计的过程规范 4.3 设计思想 4.4 结构设计 4.5 同步电路 4.6 时钟划分和设计 4.7 典型设计实例 —— 简单电子表控制芯片 4.1 ASIC前端设计概念 专用集成电路相对于通用集成电路而言可分为模拟电路和数字电路两大类，我们主要讨论的是数字集成电路。从目前的制造方法来看，数字专用集成电路可分为全定制、半定制、可编程。本章主要针对半定制ASIC的电路设计。 下图是ASIC设计流程从概念上分为4各阶段： 前期设计：根据客户需要，提出功能需求，并建立项目设计文档； 前端设计：依据设计文档，完成电路设计、仿真综合，网表文件； 后端设计：对设计电路进行布局布线，时序分析，逻辑优化等； 物理设计：硅片设计，生产等 。 4.2 ASIC前端设计的过程规范 ASIC前端设计一般大致可以分为3个阶段： 文档阶段 编码阶段 验证阶段 与一般的FPGA设计有所不同，因为ASIC设计一般逻辑规模都比较大，往往需要多个设计工程师来共同完成，并且ASIC流片的周期长，成本高，流片对于前端设计中的逻辑错误不具有可修复性，所以在ASIC前端设计中，每个阶段都必须严格遵守相应的工程规范，以保证工程的顺利进行。 1 文档阶段的规范 设计文档需要包含以下内容： (1)详细定义的ASIC功能需求，这一部分主要由系统设计工程师完成，并要得到ASIC设计工程师的认可； (2)ASIC系统的模块划分，因为一个ASIC系统的设计需要几个ASIC系统工程师共同完成，每个工程师只会负责其中的—个或是多个模块，对模块的划分以及每个模块完成的子功能的定义一定要清楚，这需要ASIC设计工程师共同协商完成； (3)在ASIC系统内部功能模块划分完毕后，需要ASIC工程师将自己负责的模块的接口用表格的形式进行规范，以保证彼此之间定义的模块接口的一致性： (4)ASIC工程师还需要将自己负责的模块需要完成的功能以及实现的步骤用流程图、状态图以及时序图的方式在文档中阐述清楚。 所有的设计文档都需要并发版本系统来管理，以保证文档的统一性。 2 编码阶段的规范 在编码阶段需要遵循以下规范： (1)在每个模块实现代码文件的文件头中必须注明作者的姓名、创建时间以及每次修改的时间以及内容，同时必须注明功能模块的功能描述； (2)每个模块的输入和输出引脚的命名必须遵循相应的命名规范，如从A模块输入到B模块的信号，必须以a_fun_b的形式来命名，表示是从A模块输出到B模块的信号，fun是对信号完成功能的描述； (3)在功能模块内部，必须对代码加上必要的注释，描述实现的细节； (4)注意组合逻辑带来的时延对后端实现的影响，必要的时候需要用时序逻辑来改善组合逻辑，常用的一种方法是将大的组合逻辑划分为几组较小的组合逻辑，这些逻辑之间用寄存器进行锁存； (5)在顶层模块，最好用专用的连线工具将功能子模块的连线相连，采用连线工具相连既使于检查连线的完整性，也能避免因为手动相连带来的错连和漏连； (6)在ASIC芯片内部模块之间的输入输出可以采用组合逻辑输入和输出，因为芯片内部的时延比较小(在不影响性能的情况下采用寄存器锁存输入和输出会更好)，对于不向ASIC芯片之间的输入和输出信号必须采用寄存器输入和输出，因为芯片之间的板间时延往往比较大，如果不采用寄存器输入和输出将会大大增加后端实现的难度； (7)考虑到芯片内布局布线的问题，芯片内部模块之间的连线要尽量减少，以降低后端布线的难度。 遵循良好的编码阶段的规范，能大大降低后端实现的难度，减少因为达不到后端实现的要求而修改前端代码实现的次数，同时也便于在仿真验证阶段对于代码的调试，大大加快开发速度。 3 验证阶段的规范 验证是保证ASIC前端设计以及实现正确性的一个重要环节。首先需要用文档描述测试环境的架构以及建立方式，同时根据设计阶段的设计文档确定测试所需要覆盖的测试点，达到尽可能大的测试覆盖率，然后用文档描述具体测试步骤以及不同的测试向量所测试的功能点，最后需要在测试的过程中记录测试的结果，便于以后对整个测试过程进行复查。一般情况下，负责测试的工程师不同于负责该模块的ASIC设计工程师本人，为减小主观因素带来的测试不充分性，测试工程师和ASIC设计工程师之间应该以设计文档作为衡量代码实现正确与否的惟一标准。 4.3 设计思想 设计思想是整个设