数字IC设计方法学

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1、第2章数字IC设计方法学2.1数字IC设计流程2.2层次化设计和模块划分2.3芯片封装和散热2.4CMOS工艺选择12.1数字IC设计流程数字IC设计是一个非常复杂的系统工程，其流程也不是固定不变的，而是随着设计复杂度、设计方法、制造工艺、EDA工具的发展而不断演化的。右图是目前业界普遍认可的数字IC设计的基本流程RTL代码功能仿真RTLsimulationBSD&DFT插入BSD&DFTinsertion后端布局布线back-endplace&route版图后静态时序分析post-layoutstatictiminganalysis系统体系结构设计architect

2、uredesignRTL代码编写RTLcoding综合和静态时序分析synthesis&statictiminganalysis门级仿真和形式验证gatesimulation&formalverification后仿真和形式验证postsimulation&formalverification流片生产tapeout2数字IC的实际设计过程中，各个阶段之间必然会有交互和反复，只有在设计的前一阶段充分考虑后续阶段会遇到的困难，后续阶段才有可能顺利完成，否则需要返回到前面的阶段重新设计。比如，体系结构设计阶段要考虑硬件实现代价，否则到后端设计阶段发现面积和功耗上的要求无法实

3、现，只好返回到体系结构设计阶段重新设计或修改；RTL代码编写的质量太差，或者综合时约束条件不完备，会导致后端布局布线时时序无法收敛，只有重新修改RTL代码，重新综合仿真。显然，反复次数过多会大大影响设计的进度。现代EDA工具发展的一个重要原则就是尽可能在设计的前端发现并克服或减少后端设计将要面临的困难，减少设计中反复的次数。数字IC的实际设计过程中，各个阶段之间也不是完全串行进行的，在合理安排的情况下，多个阶段之间可以并行操作。比如，RTL综合等后端处理阶段和RTL代码功能仿真阶段可以并行进行；再如，后端设计过程中的静态时序分析和后仿真可以并行进行。多阶段之间的并行操

4、作缩短了IC设计周期，但也给设计中数据管理提出了更高要求，因为多个操作阶段间有数据依赖关系。设计各阶段间的反复迭代和并行操作要求数字IC设计必须有严格的数据管理机制才能保证项目正常进行。32.1.1系统体系结构设计系统体系结构设计是集成电路设计的第一步，也是最重要的一步。系统架构设计的好坏，很大程度上决定了后续所有设计阶段的质量，即决定了整个集成电路设计的成败。系统体系结构设计要完成的主要工作包括：定义集成电路的功能和应用环境，划分整个电子系统(包括集成电路和其所处应用环境)的软硬件功能，定义可配置寄存器；划分集成电路各个模块的功能并画出这个系统的模块框图，定义各个模

5、块间的接口信号，定义各个模块间的信号互连规范和信号流向；设计集成电路的系统时钟、系统复位方案，设计跨时钟域的信号握手方式并评估其对整个集成电路性能的影响；确定集成电路的关键性能指标，评估实现这些指标对系统体系结构的影响；分析和比较关键的算法，评估算法的硬件可实现性和硬件代价；确定可测性DFT功能模块(如BSD、BIST、JTAG)的需求和实现代价。4系统体系结构设计举例：可重构密码协处理器--青岛市重点技术创新项目可重构密码协处理器是一款新型的用于对数据进行加密/解密处理的集成电路芯片，可以作为核心芯片应用于各种各样的信息安全产品中，比如电脑加密卡、保密电话等，其特点

6、是能够灵活地、方便地、快速地实现许多种不同的密码算法，同现有的密码芯片相比，它具有灵活性大、适应性强、扩展性好、安全性高等优点。51.应用环境和功能定义应用环境：外部总线接口电路应用系统结构图可重构密码协处理器接口电路可重构密码协处理器BUS6789需求分析：算法类别基本操作成分使用频度分组密码算法异或运算100%S盒变换50%移位运算58.82%置换运算29.41%模加运算44.12%模减运算8.82%模加逆运算2.94%模乘运算26.47%模乘逆运算2.94%逻辑非运算11.76%逻辑与运算11.76%逻辑或运算11.76%指数运算8.82%对数运算5.88%序列

7、密码算法反馈移位寄存器100%10功能定义：右表：可重构密码协处理器实现的各种基本密码运算序号基本密码运算名称所需时钟周期数116位异或运算1232位移位运算13128位移位运算1432*32置换运算1564*32置换运算1664*64置换运算178*8S盒代替运算1832位线性反馈移位运算1916位逻辑运算11016位比较运算111模216加法运算112模216+1乘法运算213模216+1乘法逆运算小于或等于40014模232乘法运算2158位模多项式乘法运算11616*16寄存器堆写操作11716*16寄存器堆读操作118128位数据/密钥寄存