数字电路的设计,是按照层次化的方式进行的。
在每一个设计层次上,一个复杂模块的内部细节可以被抽象化并用一个黑盒子或模型来替代。
典型的抽象层次:器件、电路、门、功能模块、系统。
数字电路设计的抽象层次(设计方法:自顶向下)
更具体的,集成电路硬件设计通常可分为 6个层次
(1)系统层:是整个设计过程的第一步,也是最关键的一步 。 主要进行电路功能的定义 、各种电学参数(如工作频率 、功耗 、工作温度等)的确定 。这一 层的设计好坏直接决定了整个集成电路性能的好坏 、价格的高低 、市场的占有率,更决定了后续设计阶段的难易程度及效率 。
(2)算法层:主要进行算法设计及描述 。 首先根据系统的功能要求,制定可以实现此 功能的不同算法,分析和比较这些算法的优缺点,选定一种最适合的;其次,根据所选定的 算法对整个系统进行功能划分及各个功能模块之间的数据流与控制流连接;此外,时钟方 案等对系统性能起关键作用的部分也在算法层实现 。 由此可见,算法层的设计对于整个系 统的性能起着至关重要的作用 。
(3)寄存器传输 层:也 即 RTL,主 要 将 算 法 层 用 代 码 的 形 式 进 行 抽 象 描 述 。 在 进 行 RTL层描述时,必须严格按照设计所使用的综合工具要求的规范进行,并尽可能地考虑延 时 、面积 、测试等问题 。
(4)逻辑层:将系统再进一 步细化,转换为用普通的逻辑门来实现 。对于当前的设计 方法来讲,这一层次主要借助于综合工具来完成 。
(5)电路层:将逻辑层中的门电路用具体的晶体管 、电容 、电阻等基本电子元器件来表示,并将之间的互连关系呈现出来 。
(6)版图层:将各种电子元件用物理的 方式呈现出来,根据所选工艺将这些元件 转换 成不同的几何图形,并相互连接 。版图层的实现方式是系统最终的呈现方式,也是整个设计中最低的层次,并且仅仅是结构描述 。
层次化设计将整个设计划分为不同的抽象层次,而这些抽象层次又可以根据设计的表 现形式不同分为几个不同的描述域:
抽 象 层 次 | 行 为 域 | 结 构 域 | 物 理 域 |
---|---|---|---|
系统层 | 设计的功能和指标 | 处理器 、存储器等 | |
算法层 | 算法 | 硬件模块框图 | |
寄存器传输层 | 传输方程 、状态机等 | 寄存器 、ALU等 | 宏单元 |
逻辑层 | 布尔逻辑函数 | 门级电路 | 标准单元库 |
电路层 | 网络方程 | 晶体管级电路 | 工艺层 |
版图层 | 版图 |
行为域主要关注系统的功能实现,对系统的输入/输出关系进行描述。
结构域关注系统中每 一 抽象层次的实现方式,包含具体的逻辑和电路结构。
输出关系进行描述。
物理域则更加关注集成电路最 终的呈现方式,以物理特性表征 。
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