在傳統(tǒng)與現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有如下幾中常用的設(shè)計(jì)方法:
自底向上設(shè)計(jì)方法:傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自底向上的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法采用“分而治之”的思想,在系統(tǒng)功能劃分完成后,利用所選擇的元器件進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì),完成系統(tǒng)各獨(dú)立功能模塊設(shè)計(jì),然后將各功能模塊按搭積木的方式連接起來構(gòu)成更大的功能模塊,直到構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng),完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。這個(gè)過程從系統(tǒng)的最底層開始設(shè)計(jì),直至完成頂層設(shè)計(jì),因此將這種設(shè)計(jì)方法稱為自底向上的設(shè)計(jì)方法。用自底向上設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),整個(gè)系統(tǒng)的功能驗(yàn)證要在所有底層模塊設(shè)計(jì)完成之后才能進(jìn)行,一旦不滿足設(shè)計(jì)要求,所有底層模塊可能需要重新設(shè)計(jì),延長了設(shè)計(jì)時(shí)間。
自頂向下設(shè)計(jì)方法:目前vlsi系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要采用的方法是自頂向下設(shè)計(jì)方法,這種設(shè)計(jì)方法的主要特征是采用綜合技術(shù)和硬件描述語言,讓設(shè)計(jì)人員用正向的思維方式重點(diǎn)考慮求解的目標(biāo)問題。這種采用概念和規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想從高層次的系統(tǒng)級入手,從最抽象的行為描述開始把設(shè)計(jì)的主要精力放在系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、驗(yàn)證直至底層的設(shè)計(jì)上,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、測試、工藝的一體化。當(dāng)前eda工具及算法把邏輯綜合和物理設(shè)計(jì)過程結(jié)合起來的方式,有高層工具的前向預(yù)測(lookahead)能力,較好地支持了自頂向下設(shè)計(jì)方法在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
層次式設(shè)計(jì)方法:它的基本策略是將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)按功能分解成可以獨(dú)立設(shè)計(jì)的子系統(tǒng),子系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,將各子系統(tǒng)拼接在一起完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)可大大降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由于各子系統(tǒng)可以單獨(dú)設(shè)計(jì),因此具有局部性,即各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與修改只影響子系統(tǒng)本身,而不會(huì)影響其它子系統(tǒng)。
利用層次性,將一個(gè)系統(tǒng)劃分成若干子系統(tǒng),然后子系統(tǒng)可以再分解成更小的子系統(tǒng),重復(fù)這一過程,直至子系統(tǒng)的復(fù)雜性達(dá)到了在細(xì)節(jié)上可以理解的適當(dāng)?shù)某潭取?br>模塊化是實(shí)現(xiàn)層次式設(shè)計(jì)方法的重要技術(shù)途徑,模塊化是將一個(gè)系統(tǒng)劃分成一系列的子模塊,對這些子模塊的功能和物理界面明確地加以定義,模塊化可以幫助設(shè)計(jì)人員闡明或明確解決問題的方法,還可以在模塊建立時(shí)檢查其屬性的正確性,因而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡單明了。將一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劃分成一系列已定義的模塊還有助于進(jìn)行集體間共同設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)工作能夠并行開展,縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
嵌入式設(shè)計(jì)方法:現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來越復(fù)雜,而產(chǎn)品的上市時(shí)間(time to market)卻要求越來越短,即使采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和更好的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),對于一個(gè)百萬門級規(guī)模的應(yīng)用電子系統(tǒng),完全從零開始自主設(shè)計(jì)是難以滿足上市時(shí)間要求的。嵌入式設(shè)計(jì)方法在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。嵌入式設(shè)計(jì)方法除繼續(xù)采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)綜合技術(shù)外,它的最主要的特點(diǎn)是大量知識產(chǎn)權(quán)(intellectual property-ip)模塊的復(fù)用,這種ip模塊可以是ram、cpu、及數(shù)字信號處理器等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入ip模塊,使得設(shè)計(jì)者可以只設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其它功能的部分以及與ip模塊的互連部分,從而簡化設(shè)計(jì),縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)通常既包含有硬件,又有軟件,因此需要考慮哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn),哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn),這就是硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的問題。硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)要求硬件和軟件同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì),并在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段進(jìn)行模擬驗(yàn)證,減少設(shè)計(jì)的反復(fù),縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。硬件/軟件協(xié)同是將一個(gè)嵌入式系統(tǒng)描述劃分為硬件和軟件模塊以滿足系統(tǒng)的功耗、面積和速度等約束的過程。
嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度逐漸增長,其發(fā)展的另一趨勢是系統(tǒng)中軟件實(shí)現(xiàn)功能增加,并用軟件區(qū)分不同的產(chǎn)品,增加靈活性、快速響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的改變,降低升級費(fèi)用和縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
基于ip的系統(tǒng)芯片(s0c)的設(shè)計(jì):為了解決當(dāng)前集成電路的設(shè)計(jì)能力落后于加工技術(shù)的發(fā)展與集成電路行業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短等問題,基于ip的集成電路設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生。ip的基本定義是知識產(chǎn)權(quán)模塊。對于集成電路設(shè)計(jì)師來說,ip則是可以完成特定電路功能的模塊,在設(shè)計(jì)電路時(shí)可以將ip看作黑匣子,只需保證ip模塊與外部電路的接口,無需關(guān)心其內(nèi)部操作。這樣在設(shè)計(jì)芯片時(shí)所處理的是一個(gè)個(gè)的模塊。而不是單個(gè)的門電路,可以大幅度地降低電路設(shè)計(jì)的工作量,加快芯片的設(shè)計(jì)流程。利用ip還可以使設(shè)計(jì)師不必了解設(shè)計(jì)芯片所需要的所有技術(shù),降低了芯片設(shè)計(jì)的技術(shù)難度。利用ip進(jìn)行設(shè)計(jì)的另一好處是消除了不必要的重復(fù)勞動(dòng)。ip與工業(yè)產(chǎn)品不同,復(fù)制ip是不需要花費(fèi)任何代價(jià)的,一旦完成了ip的設(shè)計(jì),使用的次數(shù)越多,則分?jǐn)偟矫總€(gè)芯片的韌始投資越少,芯片的設(shè)計(jì)費(fèi)用也因此會(huì)降低。
soc(system on a chip)系統(tǒng)芯片有各種不同的定義方式。具體到芯片功能來說,soc芯片意味著在單個(gè)芯片上,完成以前需要一個(gè)或多個(gè)印刷線路板才能夠完成的電路功能。soc芯片意味著在單芯片上集成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的。soc芯片的運(yùn)行需要強(qiáng)大的軟件支持,而且芯片的功能會(huì)隨支持軟件的不同而變化,因此在設(shè)計(jì)芯片的同時(shí)需要進(jìn)行軟件編制工作,并非以往單純的電路設(shè)計(jì)。這一特點(diǎn)在增強(qiáng)芯片功能及適用范圍的同時(shí)增加了芯片的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證難度,在芯片設(shè)計(jì)的初期需要仔細(xì)地進(jìn)行功能劃分,確定芯片的運(yùn)算結(jié)構(gòu),并評估系統(tǒng)的性能與代價(jià)。soc芯片的出現(xiàn)在芯片的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面也提出了很大的挑戰(zhàn)。芯片的設(shè)計(jì)需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員與軟件設(shè)計(jì)人員的深入?yún)⑴c,在soc芯片的設(shè)計(jì)流程中,一般都結(jié)合了從頂向下和從底向上設(shè)計(jì)的特點(diǎn),與傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)相比soc芯片設(shè)計(jì)有以下幾項(xiàng)主要特點(diǎn):
① 芯片的軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)同步進(jìn)行;
② 各模塊的綜合與驗(yàn)證同步進(jìn)行;
③ 在綜合階段考慮芯片的布局布線;
④ 只在沒有可利用的硬模塊或軟宏模塊的情況下重新設(shè)計(jì)模塊。
電路設(shè)計(jì)中的成本控制方法:優(yōu)秀的電路實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)該是簡潔、可靠的。要以最少的社會(huì)勞動(dòng)消耗獲得最大的勞動(dòng)成果。這里所說的社會(huì)勞動(dòng),包括在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護(hù)以及元器件的生產(chǎn)中所付出的勞動(dòng)。為了控制產(chǎn)品成本,常常采用目標(biāo)價(jià)格反算法,也就是先根據(jù)市場調(diào)查對相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)制定目標(biāo)價(jià)格,然后在設(shè)計(jì)實(shí)施中找出影響產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵因素,并采取針對性較強(qiáng)的措施。