智能流程簡化可編程系統(tǒng)芯片設計

　　不僅ASIC/FPGA設計人員很少擁有系統(tǒng)/模擬設計的實際經(jīng)驗，大多數(shù)系統(tǒng)設計人員同樣也缺乏數(shù)字邏輯的設計經(jīng)驗。因此，越來越復雜的設計內容要求工具流程必須“智能化”，也就是說，開發(fā)工具可以對不同的系統(tǒng)部件進行智能配置及初始化，并將這些部件正確地聯(lián)結在一起，使所有交叉領域復雜性的驗證任務變得簡單。在這種情況下，接下來還得生成一個FPGA!在設計的前期(相對于實現(xiàn)階段而言)，這種復雜性通過3個關鍵環(huán)節(jié)來管理，即部件建模、設計實例化和驗證流程。

　　部件建模

　　當針對半導體制備進行部件建模時，重要的是仔細權衡部件的細節(jié)行為和驗證系統(tǒng)是否正確工作所花費的時間。這種權衡對PLD架構內的模擬部件尤其重要，即使這部分的預制性表明這些問題已經(jīng)解決。在最高的抽象層，所有模擬部件都是數(shù)字部件，其模擬行為的模型是通過疊加嚴格的數(shù)字化行為指標來建立。這里的技巧是抽出部件的全部行為細節(jié)，同時保留那些決定最終系統(tǒng)能否滿足設計要求的功能。對于PSC流程，模擬功能的電氣特征參數(shù)(如：信號完整性、A/D轉換功能和耦合效應)均可在產(chǎn)品技術資料表中查到，并基于實際半導體器件的特征數(shù)據(jù)?；镜哪M開關行為包括輸入預定標、微分增益、遲滯、A/D控制功能和輸出行為等，都被抽象成粗略的數(shù)字行為模型，適合在數(shù)字仿真器中描述系統(tǒng)級的行為特征。

　　設計實例化

　　跟有些人猜測的一樣，對復雜精細的系統(tǒng)進行設計實例化需要非常靈活且具備足夠智能的“設計生成”環(huán)境，讓設計人員快速入手和實施?；旧?，這個設計環(huán)境將容許所需的資源導入設計環(huán)境中，以達到目標器件邏輯資源所允許的最大限度。由本身的圖形配置器提供支持，這些非常靈活的資源可以被捕捉、配置，以及設計實例化，而所有操作均為簡單的鼠標點擊，無需直接編寫HDL代碼。與此同時，這種工具鏈創(chuàng)建了主干總線，將所需資源的互連及自動創(chuàng)建必要的控制機制。這些工序將由以圖形化用戶界面為基礎的智能工具在背后完成，無需用戶直接引導。這些工具專注于簡便的使用及提供快速設計的開發(fā)能力。當然，它們不會排斥傳統(tǒng)的HDL代碼編程——對于那些習慣使用HDL的用戶，以及需要最大限度地優(yōu)化設計或需要大量設計定制的用戶，HDL編程功能是不可或缺的。

　　驗證

　　傳統(tǒng)的混合信號ASIC開發(fā)遵從自下向上的方法。這種開發(fā)方法涉及兩個獨立的團隊;一個開發(fā)數(shù)字部分，即編寫RTL代碼;另一個在晶體管層面實現(xiàn)模擬電路。對于驗證而言，設計人員為了驗證各種系統(tǒng)級行為如功能、性能和延時等，一般都使用基于Verilog-AMS或VHDL-AMS語言的高層全芯片仿真，這種方法需要很好地關聯(lián)最終電路的模擬行為模型。然而，晶體管層面的仿真仍然需要，以便驗證某些接口層問題、時序、信號完整性和功率。這也有助于避免模型和電路間的偏差及錯誤。最近幾年，一類全新的開發(fā)工具應運而生，可讓混合信號協(xié)同仿真環(huán)境驗證給定SoC芯片中的混合信號部件。

　　在PSC開發(fā)流程中，并不需要混合信號仿真。器件中模擬功能的處理方式，非常相似于現(xiàn)成的分立組件。產(chǎn)品的資料表已提供了大量的模擬功能電氣特性參數(shù)，并基于實際半導體的特征數(shù)據(jù)，象分立組件供應商提供的資料一樣。由于在最終模型中抽出了細節(jié)性的模擬行為，這種模型完全能在全數(shù)字仿真器(如ModelSim)中完成系統(tǒng)級驗證。在這種仿真測試平臺上，模擬輸入表示成一些實數(shù)值或數(shù)位向量值，通常由測試平臺工具(如Synapticad WaveFormer)來生成。

　　基于這個抽象層面，用于混合信號FPGA的基本驗證方法在本質上就與標準數(shù)字FPGA產(chǎn)品的驗證方法相同。簡言之，PSC設計人員在設計過程中一般需要完成如下步驟：

　　a) 在Libero工具中生成和集成系統(tǒng)構件;

　　b) 通過Synplify或Synplify PRO綜合設計;

　　c) 使用ModelSim驗證設計;

　　d) 使用Libero Designer將設計編譯到Actel Fusion PSC中，以便進行后端實現(xiàn);

　　e) 在ModelSim中運行時序反標注(back-annotated timing)功能來重新驗證。

　　這個基本流程能讓Fusion客戶使用公認的方法，驗證其混合信號PSC的系統(tǒng)級行為，并可在設計的任何階段如綜合前、綜合后和布局后進行，而且與驗證全數(shù)字芯片一樣簡單。熟悉Libero流程的設計人員不會看到任何重大變化，而呈現(xiàn)在新客戶面前的是簡單易懂的流程，可讓他們快速簡便地完成 Fusion技術到其系統(tǒng)的“融入設計”(design in)。這個流程將會執(zhí)行仿真系統(tǒng)級行為所需的充分工作，并在給定的客戶設計中以一組給定的仿真輸入與數(shù)字系統(tǒng)中剩余部分的相互作用為基礎。

　　結語

　　從概念上來說，SoC開發(fā)本身就需要多種專門技術，包括模擬設計、數(shù)字邏輯設計和系統(tǒng)/架構定義。不用說，隨著集成度的提高，這種開發(fā)很快就變得非常復雜，而且，在FPGA開發(fā)中經(jīng)常都會有一些邏輯/FPGA設計工程師并沒有這方面深入的專門知識。FPGA的可編程性大大增強了系統(tǒng)的可用性，但同時也增加了另一個層面的復雜性。因此，需要使用智能化的系統(tǒng)級集成和驗證工具來實現(xiàn)PSC。在適當?shù)某橄髮用孢M行系統(tǒng)級驗證已經(jīng)證明能夠改善設計質量和提升設計團隊的整體生產(chǎn)力。隨著新的開發(fā)工具出現(xiàn)以支持這個流程，設計質量和生產(chǎn)力可望進一步提高。