IC芯片設計流程

原文參考:
http://m.openpcba.com/web/contents/get?id=3388&tid=15&clicktime=1575946378&enterid=1575946378

芯片設計流程:

1.設計輸入
設計輸入方式
輸入方式使用探討
2.綜合
編譯
映射
3.佈局佈線
佈局
佈線
4.約束
綜合約束
位置約束
時序約束
5.FPGA開發仿真
測試平臺
RTL級仿真
靜態仿真
時序仿真
6.靜態時序分析
7.在線調試
8.配置及固化
FPGA配置過程
配置模式
模式選擇
9.開發工具總結

一 設計輸入方式:

1.IP(Intellectual Property)核
*未加密RTL級IP
*加密的RTL級IP
*未經佈局佈線的網表級IP
*佈局佈線後的網表級IP
2.原理圖:直觀,簡潔
3.HDL:嚴密,易移植,方便仿真調試
VHDL,Verilog:仿真時間長
System Verilog,硬件C語言:系統級,行爲級的補充
抽象層次:
*結構級抽象(開關級,邏輯門級)
*功能級(RTL)
*行爲級
*系統級

二 綜合:

得到設計輸入後,都得把設計輸入得到一個可以和FPGA硬件資源相匹配的一個描述(門級網表)
編譯:
原理圖、HDL、IP核等通過編譯後生成門級網表;
門級網表與具體器件無關,所以具有平臺移植性。
映射:
與硬件平臺結合。映射與器件有關,不同映射生成性能不一樣的電路。

三 佈局佈線

**佈局:**根據網表裏的元素結構特點,將不同結構配置到FPGA具體SLICE位置上。
**佈線:**實現線路最優的slice連接,且整體性能好。

四 約束

對操作制定的規則,開發環境可以設置。
位置約束: 佈局策略,例如:I/O約束
時序約束: 寄存器反應時間,信號傳遞的延時。例如週期約束,輸入偏移約束和輸出偏移約束
綜合約束: 添加綜合約束可以實現速度和消耗面積間的平衡

五 FPGA開發仿真

*RTL級仿真

  1. 靜態仿真
  2. 時序仿真
  3. 測試平臺testbench
  4. 結構化測試:
    激勵 -> 待驗證設計 -> 響應 -> (觀察對比波形,終端打印生成文本,自動對比結果)
    RTL級仿真(功能仿真)
    *工程在寄存器轉送級描述的測試,查看在RTL級描述時候實現的功能正確性
    靜態仿真(門級仿真)
    *工程在LUT門級網表描述時,在功能上檢查驗證工程的正確性
    專業的第三方綜合工具不具備綜合功能的,需要添加工程用到的具體的FPGA型號
    時序仿真
    *在佈局佈線後進行, 佈線完成後會生成延時信息文件SDF(Standard dealy format)
    包含最大值,典型值,最小值。min:typ:max

六 靜態時序分析STA(Static Timing Analysis)

根據時序分析報告,提取延時信息比較突出的信號節點流,得到不滿足時序要求的路徑。

七 在線調試(板級調試)

將工程下載到FPGA芯片上分析代碼運行情況。
*使用情況: 仿真不全面沒有發現的設計錯誤(異步事件,互連可靠性,電源,信號干擾)
*調試方式: 嵌入式邏輯分析儀,外部測試工具

八 配置及固化

配置過程:
SRAM配置存儲器(configure RAM)載入配置數據到芯片內的配置RAM
配置完成後,初始化內部寄存器及I/O管腳
初始化完成後,進入用戶模式
配置模式:
在線調試配置:
通過JTAG模式完成。PC和FPGA通信的時鐘爲JTAG接口的TCLK,數據直接從TDI進入FPGA完成配置
JTAG接口是業界標準接口,主要用於芯片測試等功能。
JTAG接口有4個必需的信號TDI,TDO,TMS,TCK以及一個可選信號TRST。

1.TDI:用於測試數據的輸入
2.TDO:測試數據的輸出
3.TMS:模式控制管腳,決定JTAG電路內部的TAP狀態機的跳變
4.TCK:測試時鐘,其他信號線須與之同步
5.TRST:可選,如果JTAG電路不用,可以將其連到GND
固化: 將工程配置到相應存儲單元
* 主模式:
FPGA器件引導配置操作過程,控制外部存儲器和初始化過程
* 從模式:
由外部計算機或控制器控制配置過程
主從模式從傳輸數據寬度上,又分別可以分爲串行和並行
主串,主並,從串,從並,多片級聯

九 開發工具

在這裏插入圖片描述

注:FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。
它是作爲專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定製電路而出現的,
既解決了定製電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點

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