Проектирование стандартных ИС массового производства, как и проектирование заказными методами вообще, — удел крупных специализированных фирм. На долю системотехников приходятся главным образом другие разработки: цифровых устройств малой сложности на МИС и СИС, микропроцессорных систем для целей управления техническими объектами и технологическими процессами, малотиражной аппаратуры либо прототипов систем на основе ИС программируемой логики.
Проектирование на основе МИС, СИС — наиболее традиционный процесс, в котором используются как эвристические подходы, так и формализованные методики. Проектировщик задает структуру устройства на базе своих знаний, идей и освоения опыта предшественников, а при определении функций отдельных блоков пользуется и формальными методами. Требуется знание типовых функциональных узлов, их свойств и параметров.
Микропроцессорная система создается в результате разработки комплекса программно-аппаратных средств. Разработка аппаратной части сводится к компоновке системы из типовых модулей: центрального процессорного элемента, различных видов памяти, адаптеров, контроллеров и внешних устройств.
Проектирование на основе схем программируемой логики высокой сложности выполняется только с помощью систем автоматизированного проектирования САПР. Укрупненная структура алгоритмов проектирования показана на Рис. 11.
Рис. 11 Структура алгоритмов проектирования на основе схем программируемой логики
1) Проектирование на концептуальном уровне возлагается на проектировщика и слабо связано с автоматизацией. На этом уровне по существу определяется требуемое функционирование устройства, множества входных и выходных сигналов, их характер и взаимосвязь, разбиение проекта на части и т. д.
2) Результаты концептуального синтеза вводятся в САПР.
3) САПР производит компиляцию проекта, т.е. синтезирует устройство в базисе библиотеки своих моделей.
4) Полученный проект требует тщательной проверки, поэтому за этапом синтеза следует этап анализа, проводимого моделированием и теоретической верификацией. Моделирование имеет несколько уровней с разной степенью отображения свойств реального объекта. Оно может быть функциональным, проверяющим правильность логической структуры устройств. Оно может быть временным, учитывающим задержки сигналов в схемах устройства без учета окончательной топологии трассировки, и т. д. В результате моделирования могут выявиться ошибки, требующие исправления, что придает процессу проектирования итеративный характер с возвратами к прежним этапам введением в проект нужных коррекций.
5) Далее производится конфигурирование микросхемы программируемой логики.
6) Далее следует реальная проверка работы устройства — физическое моделирование проекта.
7) При успешном завершении физического моделирования устройство готово к установке в систему.
Ручное проектирование.
Рассмотрим основные этапы ручного проектирования.
1. На первом этапе проектирования выясняется достаточность числа входов и выходов выбранного программируемого логического устройства (PLD) для реализации проекта. Для этого производят предварительное распределение сигналов между контактами микросхемы.
2. На втором этапе определяются функции возбуждения для всех последовательностных устройств проектируемого устройства.
3. На третьем этапе функции с большим числом термов, повышающим возможности выходных каналов программируемого логического устройства, которые не могут быть воспроизведены в ДНФ разбиваются на подфункции. Реализовав подфункции на отдельных выходах, эти подфункции через цепи обратных связей вводят в матрицу конъюнкций в качестве аргументов для формирования функции в целом.
4. На четвёртом этапе перераспределяют входные и выходные сигналы PLD соответственно количеству термов и наличию обратных связей у разных макроэлементов.
5. На пятом, последнем этапе, результаты проектирования представляют в виде специальной таблицы программирования (прошивки) PLD. На основании данной таблицы система программирования обеспечит требуемые для реализации устройства межсоединения элементов микросхемы.