Выделение и разработка структуры критичных
по быстродействию блоков
В соответствии с разработанной методикой проводится оценка быстродействия блоков. Та- кой анализ производится на основании оценок быстродействия элементов (библиотеки элемен- тов по выбранной технологии производства) для худшего случая условий эксплуатации (мини- мальное напряжение питания, максимальная температура, наихудшие параметры технологи- ческого процесса). Параметры библиотеки эле- ментов оцениваются с помощью тестовых схем включения элемента. Анализ проводился для ко- эффициента нагрузки 4. Такой коэффициент на- грузки выбран как оптимальный, рекомендован- ный в работе [2] для построения трактов передачи данных на максимальной частоте. Диа- пазон фронтов сигнала выбирается как наиболее характерный для используемых библиотек при указанном коэффициенте нагрузки. В результате получаем таблицу с параметрами элементов. Для библиотеки 0,35 мкм данные представлены в Табл. 1.
Табл. 1 Временные параметры библиотеки 0,35 мкм
| Параметр | Обозначение | Величина |
| Задержка переключения (от синхросигнала до выхода) триггера, срабатывающего по фронту синхросигнала | Tco | 1,2 нс |
| Время Setup (время установки данных до синхросигнала) триггера, срабатывающего по фронту синхросигнала | Ts | 0,6 нс |
| Время Hold (время удержания данных после синхросигнала) триггера, срабатывающего по фронту синхросигнала | Th | 0,3 нс |
| Задержка переключения двухвходового вентиля типа И-НЕ | Ta | 0,6 нс |
На основе этих цифр определяется максимальное количество элементов, которые могут быть использованы для построения цепочек данных. Например, для технологии 0,35 мкм эти результаты приведены в Табл. 2.
Табл. 2.
| Частота, МГц | Период (T), нс | Максимальное число элементов в цепи NM |
| 266 | 3,76 | Не более 3 |
| 250 | 4 | Не более 3 |
| 133 | 7,52 | Не более 9 |
| 80 | 12,5 | Не более 17 |
| 66 | 15,15 | Не более 22 |
| 10 | 100 | Не более 163 |
Цифры в Табл. 2 получены на основе формулы (1) взятием целой части от результата.
(T – Tco – Ts)/Ta. (1)
В соответствии с разработанной методикой создаются предварительные RTL модели бло- ков. Параметры, указанные в Табл.2 позволяют оценить быстродействие блоков. Для оценки вводится коэффициент каскадности КК:
КК = NС/NМ,
где NС - оценочное количество двухвходовых элементов типа И-НЕ получаемых средствами синтеза, необходимых для реализации самой длинной цепочки обработки данных в разрабаты- ваемой модели; NМ - максимальное количество таких же двухвходовых элементов для построе- ния цепочки обработки данных, работающей на
требуемой максимальной частоте передачи сиг- нала. Составляется таблица, показывающая КК для разрабатываемых блоков.
Для блоков, у которых коэффициент каскад- ности составляет 2,5 и больше, необходимо проводить изменение структуры. Для осталь- ных блоков сокращение коэффициента КК про- водится в процессе синтеза и оптимизации структуры этих блоков по быстродействию. Это реализуется с помощью предлагаемого специализированного маршрута проектирова- ния (ручная расстановка, специализированный маршрут синтеза). Полученные эксперимен- тально на проектах нескольких микросхем мак- симально допустимые значения коэффициента каскадности зависят от используемой техноло- гии производства и библиотеки элементов.
Для повышения быстродействия предложе- но использовать следующие подходы:
анализ принципов работы ГК и выделение блоков, максимальная рабочая частота которых снижена в несколько раз по сравнению с тре- буемой максимальной частотой;
анализ требуемых режимов работы ГК и выделение режимов, частота синхросигнала в которых меньше максимальной; разработка от- дельных блоков для реализации этих режимов и режимов, требующих максимальной частоты;
разработка структуры блоков, не требую- щих заказного проектирования, с использова- нием известных методов параллелизма и кон- вейеризации;
выделение блоков, требующих заказного проектирования.
Заказное проектирование используется для следующих блоков:
аналоговые блоки;
цифровые блоки, для которых не удалось сделать коэффициент КК меньшим или равным 1 после использования предлагаемого в работе специализированного маршрута синтеза;
блоки памяти, позволяющие добиться сокращения площади не менее чем в 3 раза.
Для блоков памяти проводится оценка зани- маемой площади и сроков разработки при раз- личных подходах. Во-первых, это синтез на ос- нове RTL описания с использованием триггеров, срабатывающих по фронту синхро- сигнала. Во-вторых - синтез на основе RTL
описания с использованием триггеров, сраба- тывающих по уровню синхросигнала. В- третьих - разработка на основе статической па- мяти (для примера, на основе типовой 6- транзисторной статической ячейки памяти).
Для того чтобы разработка заказных блоков шла параллельно, определяются протоколы взаимодействия этих блоков с другими блока- ми, рабочие частоты, режимы тестирования, режимы работы этих блоков при тестировании синтезируемых блоков микросхемы.