本科vhdl与复杂数字系统设计第5章new

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1、第五章版图编辑与版图验证第五章版图编辑与版图验证5.1版图设计基础5.2TannerResearchTools组成与功能5.3版图设计流程和方法研究5.4版图生成、验证复习思考题第五章版图编辑与版图验证5.1版图设计基础5.1.1版图设计方法简介　1.版图设计方法目前的版图设计方法有三种：　(1)人工设计。人工设计和绘制版图有利于充分利用芯片面积，并能满足多种电路性能要求。但是效率低，周期长，容易出错，特别是不能设计规模稍大一些的电路版图。因此，该方法多用于随机格式的、产量较大的MSI和LSI或单元库的建立。第五章版图编辑与版图验证(2)计算机辅助设计。在计

2、算机辅助设计系统数据库中，预先存入版图的基本图形，形成图形库。设计者通过一定的操作命令可以调用、修改、变换和装配库中的图形，从而形成设计者所需要的版图。　在整个设计过程中，设计者可以通过显示器显示来观察任意层次版图的局部和全貌；可以通过键盘、数字化仪或光笔进行设计操作；可以通过绘图仪得到所要绘制的版图图形。利用计算机辅助设计，可以降低设计费用，缩短设计周期。第五章版图编辑与版图验证(3)自动化设计。在版图自动设计系统的数据库中，预先设计好各种结构单元的电路图、电路性能参数及版图，并有相应的设计软件。在版图设计时，只要将设计的网表文件(Netlist)输入到自

3、动设计系统中，再输入版图的设计规则和电路的性能要求，自动设计软件就可以进行自动布局设计与自动布线设计，并根据设计要求进行设计优化，最终输出版图。第五章版图编辑与版图验证2.版图设计过程版图设计的输入是电路的元件说明和网表文件，其输出是设计好的版图。在通常情况下，整个版图设计可分为划分(Partition)、布图规划(Floorplanning)、布局(Placement)、布线((Routing)和压缩(Compaction)。　(1)划分。由于一个芯片包含上千万个晶体管，加之受计算机存储空间和计算能力的限制，通常我们把整个电路划分成若干个模块，将处理问题的

4、规模缩小。划分时要考虑的因素包括模块的大小、模块的数目和模块之间的连线数等。　第五章版图编辑与版图验证(2)布图规划和布局。布图规划是根据模块包含的器件数估计其面积，再根据该模块和其它模块的连接关系以及上一层模块或芯片的形状估计该模块的形状和相对位置。　布局的任务是确定模块在芯片上的精确位置，其目标是在保证布通的前提下使芯片面积尽可能小。第五章版图编辑与版图验证(3)布线。布线阶段的首要目标是百分之百地完成模块间的互连，其次是在完成布线的前提下进一步优化布线结果，如提高电性能，减小通孔数等。　(4)压缩。压缩是布线完成后的优化处理过程，它试图进一步减小芯片的

5、面积。目前常用的有一维压缩和二维压缩，较为成熟的是一维压缩技术。在压缩过程中必须保证版图几何图形间不违反设计规则。　整个布图过程可以用图来表示，布图过程往往是一个反复迭代求解过程。必须注意布图中各个步骤算法间目标函数的一致性，前面阶段的算法要尽可能考虑到对后续阶段的影响。第五章版图编辑与版图验证3.版图自动设计中的基本问题VLSI版图是一组有规则的由若干层平面几何图形元素组成的集合。通常，这些图形元素只限于曼哈顿图形，即只由垂直边和水平边构成的图形，且在同一层内不允许重叠。　(1)图的定义及数据结构。需要了解的基本术语有：图、完全图和子图、通路和回路、连接图

6、和树、有向图、二分图、平面图。有关的数据结构有：邻接矩阵、关联矩阵、边-节点表（数组）和链表结构。第五章版图编辑与版图验证(2)算法及算法复杂性。由于我们面对的处理对象是上千万个，甚至是上亿个图形，即使是二次方数量级的算法也是无法实现的。以下算法和问题都是值得关注的。　①需要考虑算法问题及算法复杂性、最优化问题、可行解问题、NP-困难问题。　②一些图论中问题的复杂性，如判别平面性、最小生成树、最短路（从一点到所有点）、所有节点间的最短路，平面化、着色、最长路、斯坦纳树、旅行商问题等一些NP问题。第五章版图编辑与版图验证③几种求解NP-困难问题的方法。　·限制

7、问题的范围：只对某一类问题求解。例如，在求图上的最小树时只求最小生成树，即限制问题数量的交叉点只能是原有的顶点。求最小生成树可在一个多项式时间内求解，但不一定能获得最小树。　·限制问题的规模：例如，旅行商问题的分区优化。　·分支定界法。　·启发式算法。第五章版图编辑与版图验证(3)基本算法。现在常用的图论算法有：DFS、BFS、最短路径、最小生成树、斯坦纳树算法、匹配算法、网络流问题；计算几何算法有：扫描线算法；基于运筹学的算法有：构形图和局部搜索、线性规划、整数规划、动态规划、非线性规划、模拟退火法。　(4)版图数据的基本操作有：点查找、邻接查找、区域搜索

8、、定向区域遍历、模块插入、模块删除、推移、压缩、建立