在傳統(tǒng)與現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計中有如下幾中常用的設計方法:
自底向上設計方法:傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計采用自底向上的設計方法。這種設計方法采用“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行邏輯電路設計,完成系統(tǒng)各獨立功能模塊設計,然后將各功能模塊按搭積木的方式連接起來構成更大的功能模塊,直到構成整個系統(tǒng),完成系統(tǒng)的硬件設計。這個過程從系統(tǒng)的最底層開始設計,直至完成頂層設計,因此將這種設計方法稱為自底向上的設計方法。用自底向上設計方法進行系統(tǒng)設計時,整個系統(tǒng)的功能驗證要在所有底層模塊設計完成之后才能進行,一旦不滿足設計要求,所有底層模塊可能需要重新設計,延長了設計時間。
自頂向下設計方法:目前vlsi系統(tǒng)設計中主要采用的方法是自頂向下設計方法,這種設計方法的主要特征是采用綜合技術和硬件描述語言,讓設計人員用正向的思維方式重點考慮求解的目標問題。這種采用概念和規(guī)則驅動的設計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計的主要精力放在系統(tǒng)的構成、功能、驗證直至底層的設計上,從而實現(xiàn)設計、測試、工藝的一體化。當前eda工具及算法把邏輯綜合和物理設計過程結合起來的方式,有高層工具的前向預測(lookahead)能力,較好地支持了自頂向下設計方法在電子系統(tǒng)設計中的應用。
層次式設計方法:它的基本策略是將一個復雜系統(tǒng)按功能分解成可以獨立設計的子系統(tǒng),子系統(tǒng)設計完成后,將各子系統(tǒng)拼接在一起完成整個系統(tǒng)的設計。一個復雜的系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)進行設計可大大降低設計復雜度。由于各子系統(tǒng)可以單獨設計,因此具有局部性,即各子系統(tǒng)的設計與修改只影響子系統(tǒng)本身,而不會影響其它子系統(tǒng)。
利用層次性,將一個系統(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),重復這一過程,直至子系統(tǒng)的復雜性達到了在細節(jié)上可以理解的適當?shù)某潭取?br>模塊化是實現(xiàn)層次式設計方法的重要技術途徑,模塊化是將一個系統(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,模塊化可以幫助設計人員闡明或明確解決問題的方法,還可以在模塊建立時檢查其屬性的正確性,因而使系統(tǒng)設計更加簡單明了。將一個系統(tǒng)的設計劃分成一系列已定義的模塊還有助于進行集體間共同設計,使設計工作能夠并行開展,縮短設計時間。
嵌入式設計方法:現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來越復雜,而產(chǎn)品的上市時間(time to market)卻要求越來越短,即使采用自頂向下設計方法和更好的計算機輔助設計技術,對于一個百萬門級規(guī)模的應用電子系統(tǒng),完全從零開始自主設計是難以滿足上市時間要求的。嵌入式設計方法在這種背景下應運而生。嵌入式設計方法除繼續(xù)采用自頂向下設計方法和計算機綜合技術外,它的最主要的特點是大量知識產(chǎn)權(intellectual property-ip)模塊的復用,這種ip模塊可以是ram、cpu、及數(shù)字信號處理器等。在系統(tǒng)設計中引入ip模塊,使得設計者可以只設計實現(xiàn)系統(tǒng)其它功能的部分以及與ip模塊的互連部分,從而簡化設計,縮短設計時間。
一個復雜的系統(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現(xiàn),哪些功能用軟件實現(xiàn),這就是硬件/軟件協(xié)同設計的問題。硬件/軟件協(xié)同設計要求硬件和軟件同時進行設計,并在設計的各個階段進行模擬驗證,減少設計的反復,縮短設計時間。硬件/軟件協(xié)同是將一個嵌入式系統(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)模和復雜度逐漸增長,其發(fā)展的另一趨勢是系統(tǒng)中軟件實現(xiàn)功能增加,并用軟件區(qū)分不同的產(chǎn)品,增加靈活性、快速響應標準的改變,降低升級費用和縮短產(chǎn)品上市時間。
基于ip的系統(tǒng)芯片(s0c)的設計:為了解決當前集成電路的設計能力落后于加工技術的發(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的集成電路設計方法應運而生。ip的基本定義是知識產(chǎn)權模塊。對于集成電路設計師來說,ip則是可以完成特定電路功能的模塊,在設計電路時可以將ip看作黑匣子,只需保證ip模塊與外部電路的接口,無需關心其內(nèi)部操作。這樣在設計芯片時所處理的是一個個的模塊。而不是單個的門電路,可以大幅度地降低電路設計的工作量,加快芯片的設計流程。利用ip還可以使設計師不必了解設計芯片所需要的所有技術,降低了芯片設計的技術難度。利用ip進行設計的另一好處是消除了不必要的重復勞動。ip與工業(yè)產(chǎn)品不同,復制ip是不需要花費任何代價的,一旦完成了ip的設計,使用的次數(shù)越多,則分攤到每個芯片的韌始投資越少,芯片的設計費用也因此會降低。
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芯片意味著在單個芯片上,完成以前需要一個或多個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完整的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),其結構是比較復雜的。soc芯片的運行需要強大的軟件支持,而且芯片的功能會隨支持軟件的不同而變化,因此在設計芯片的同時需要進行軟件編制工作,并非以往單純的電路設計。這一特點在增強芯片功能及適用范圍的同時增加了芯片的設計與驗證難度,在芯片設計的初期需要仔細地進行功能劃分,確定芯片的運算結構,并評估系統(tǒng)的性能與代價。soc芯片的出現(xiàn)在芯片的優(yōu)化設計方面也提出了很大的挑戰(zhàn)。芯片的設計需要系統(tǒng)設計人員與軟件設計人員的深入?yún)⑴c,在soc芯片的設計流程中,一般都結合了從頂向下和從底向上設計的特點,與傳統(tǒng)的芯片設計相比soc芯片設計有以下幾項主要特點:
① 芯片的軟件設計與硬件設計同步進行;
② 各模塊的綜合與驗證同步進行;
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計模塊。
電路設計中的成本控制方法:優(yōu)秀的電路實現(xiàn)方案應該是簡潔、可靠的。要以最少的社會勞動消耗獲得最大的勞動成果。這里所說的社會勞動,包括在產(chǎn)品設計、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護以及元器件的生產(chǎn)中所付出的勞動。為了控制產(chǎn)品成本,常常采用目標價格反算法,也就是先根據(jù)市場調(diào)查對相應的技術指標制定目標價格,然后在設計實施中找出影響產(chǎn)品經(jīng)濟指標的關鍵因素,并采取針對性較強的措施。