Схемотехникалық жобалау. Абстракция деңгейлері.

Схемотехникалық жобалау. Алдымен сандық микросхемаларды жобалаудың ертедегі, яғ ни 60 жылдардағ ы тү рлеріне тоқ талып кетейік. Осыдан ертерек заманда электрондық микросхемалар қ олмен жасалынатын. Электрлік схемалар немесе схемалар қ арындаш пен трафарет кө мегімен сызатын. Қ ұ рылғ ыда қ олданылатын логикалық вентильдер мен функциялардың атаулары белгіленетін жә не олардың арасындағ ы байланыстар да кө рсетілетін.

Ә рбір инженерлер тобында бір логикалық элементтер тобын екіншісімен

ауыстыруғ а мә жбү рлейтін логикалық минимизация функцияларын жақ сы

орындайтын кем дегенде бір адам табылатын.

Конструкцияның жұ мыс істеу дұ рыстығ ы инженерлердің ө здерімен

тексерілетін. Уақ ыт параметрлерінің верификациясы, яғ ни блок ішіндегі кіріс

пен шығ ыс арасындағ ы кідірістердің берілген мә нге ие болуын, уақ ыт

шектеулеріне қ ойылатын талаптарының дұ рыстығ ын қ арындаш пен қ ағ аз

кө мегімен тексеретін. Мұ нда кейбіреулерінде механикалық немесе

электромеханикалық калькулятор болатын.

Сонан соң логикалық вентильдерді қ алыптастыратын элементерді, яғ ни

транзисторлар мен олардың арасындағ ы байланыстарды кө рсететін сызбалар

жасалынатын. Бұ л схемалар кремнийлік кристалды жасағ анда пайдалынатын

фотошаблонды жасау ү шін қ ажет болғ ан.

Жобалаудың бастапқ ы кезең і. Логикалық модельдеу. Жү йелерді қ ұ рудың

алдында айтылғ ан ү рдісі ө те қ иынғ а тү скені ғ ажап емес. Осығ ан орай белгілі

бір қ адамдар жасау қ ажет болды. Сонымен кө птеген компаниялар ә р тү рлі

бағ ытта осы проблдеманы шешуде жұ мыс жасады. Мысалы, 60

жылдардың соң ы мен 70 жылдардың басында функционалдық верификация

ү рдісін жасау ү шін логикалық модельдеу тү ріндегі элементар жү йелер,

арнайы программалар пйда болды.

Осындай схеманың жұ мыс істеу принципін дұ рыс тү сіну ү шін 4 суретте

кө рсетілген схамғ а назар аударайық.

Қ ағ азда жасалынғ ан қ арапайым схема

Бұ л схема логикалық вентильдер негізіндегі қ ұ рылғ ы. Логикалық

вентильдер негізіндегі қ ұ рылғ ы деп логикалық вентильдер мен функциялар

жә не олардың арасындағ ы байланыстарды қ амтитын жиынтық схеманы

тү сінеді.

Логикалық модельдеуді орындау ү шін, ең бірінші, инженерлерге

сызбаның вентильдер қ осылыстарының кестесі деп аталатын (gate-level

netlist) мә тіндік сипатын жасау керек болды. Қ азіргі дербес компьютерлердің

шығ уынан бұ л мә тіндік сипат белгілі бір файлғ а жазылатын болды (сурет 5).

Вентильдер қ осылыстарының қ арапайым

кестесі – мә тіндік файл

Сонымен қ атар, ә рбір вентильге сигнал таралуының белгілі бір кідірісін

айқ ындау мү мкіндігі болды.

5 суретте кө рсетілген қ арапайым форма тек мысал ү шін ғ ана келтірілген.

Бұ л файл сол заманғ ы рухқ а сай болып келеді.

Бірінші модельдеу жү йелері тек И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ жә не т.б. сияқ ты примитивті, қ арапайым вентильдерді қ амтитын. Мұ ндай қ ұ ралдарды қ арапайым модельдеу жү йелері деп атағ ан. Уақ ыт ө те келе жү йелер кү рделірек функцияларды сипаттауғ а мү мкін болды.

Келесі қ адамда қ олданушылар логикалық 0 мен 1 мә ндерімен берілетін

тестілік вектор жиынын қ ұ ра бастады. Мұ ндай тестілік векторлар мә тіндік те,

кестелік тү рде де берілетін.

Тестілік вектор мысалын тө мендегі суреттен кө руге болады.

Осыдан кейін инженерлер логикалық модельдеу ү рдісін іске қ осатын.

Мұ нда вентильдер қ осылыстарының кестесін оқ ып схеманың виртуалды

бейнесін компьютер жадысында қ ұ ра бастады. Сонан соң модельдеу

жү йелері бірінші мә тіндік вектордан оқ уды бастайды, берілген мә ндерді

виртуалды шығ ыстарғ а орнататын. Осылайша ү рдіс ә рбір келесі тестілік

вектор ү шін орындалып, тестілік стенд жұ мысы қ алыптасады (сурет 6).

Тестілік векторлардың қ арапайым

жиыны – мә тіндік файл

Жобалаудың соң ғ ы қ адамы. Компоновка. Логикалық модельдеу сияқ ты

жү йелер инженерлерге микросхеманың тақ тада орналасу функционалдығ ын

анық тау ү шін кө мектескен. Бірақ кейбір компаниялар микросхеманың ішкі

тү йіндерін жү йелеуге (компоновка) кө мектесетін жобалау қ ұ ралдарын

жасауда ең бек сің ірген. Компоновка термині кристалл бетінде вентильдердің

орналасуын жә не олардың арасындағ ы қ осылыстарды қ алай орнату қ ажет

екендігін білдіреді.

70 жылдардың басында Calma, ComputerVision, Applicon сияқ ты

компаниялар қ олмен жасағ ан схемаларды сандық тү рге айналдыруғ а

мү мкіндік беретін программалар жасады. Ол ү шін қ ұ рылғ ы сызбасы

графикалық енгізудің кең сандық планшетке орналастырды. Фигура

шекарасын сандық тү рге келтіру тышқ ан тә різді қ ұ рылғ ымен жү зеге

асырылды. Осындай ә діспен жасалғ ан мә тіндік файлдар кремний кристалын

ө ніруде қ олданатын фотошаблон жасауда қ олданылатын.

Белгілі бір уақ ыт ө ткеннен кейін бұ л бірінші компьютерлік қ ұ ралдар

кө пбұ рыштар редакторы деп аталатын интерактивті программалар дең гейіне

дейін ө сті. Бұ л программалар компьютер экранында кө пбұ рыштарды салуғ а

мү мкіндік берді.

Жобалаудың алғ ашқ ы кезең інде, яғ ни схеманы сипаттау мен

функционалдық бақ ылауда қ олданатын логикалық модельдеу сияқ ты

жобалау қ ұ ралдары алғ ашқ ыда автоматты тү рде қ ұ рудың (модельдеудің)

жү йелері (CAE – computer-aided engineering) деп аталатын.

80 жылдардан бастап барлық электронды компоненттер мен жү йелерді

автоматты жобалау жү йелері бір жалпы атауғ а ие болды – электронды

приборлар мен қ ұ рылғ ыларды жобалаудың автоматтандырылғ ан жү йелері.

Сандық HDL-ң ең тө мен абстракция дең гейі – схеманы транзисторлық

кілттер қ осылыстарымен кесте тү рінде сипаттауғ а болатын мү мкіндігімен

ерекшеленетін тразисторлық кілттер дең гейі. Одан жоғ ары дең гейде

вентильдер дең гейі орналасқ ан. Бұ л схеманы қ арапайым логикалық

вентильдер мен функциялар байланыстар кестесімен сипаттайды. Сондық тан

логикалық вентильдер қ осылыстарының кестесінің бірінші нұ сқ алары

аппараттық қ ұ ралдарды сипаттау тілдерінің қ арапйым тү рі болғ ан [4, 320].

8 суретте кө рсетілген осы екі дең гейлер қ ұ рылғ ыны сипаттаудың

қ ұ рылымдық тү ріне жатқ ызамыз.

Келесі кү рделірек дең гей – қ ұ рылғ ыны сипаттаудың функционалдық тү рі.

Абстракция дең гейлері