автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Многоуровневая верификация супер ЭВМ. Временной анализ и управление конструкторским проектированием

Г'НГ

Л. • ■

РОССИЙСКАЯ АНЛДЕШ НАУК ... . . ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КИБЕРНЕТИКИ

На правах ру!*описи ЯИЦКОВ Александр Сергеевич

Уда 621.3

МНОГОУРОВНЕВАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ СУПЕР ЭВМ. ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ И УПРАВЛЕНИЕ КШСТРУКТОРСШ! ПРОЕКТИРОВАНИЕМ

Специальность 05.13.11 - Математическое и программное обеспеченно вычислительных ыашин, комплексов, систем и сетей '

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора фиэико-ыатематических наук

Москва 1992 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте "Дельта" И Институте проблем кибернетики РАН.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Гридин В.Н. -доктор технических наук, профессор Шмид A.B.

- доктор физико-математических наук Тоыилин А.Н.

Ведущая организация: Институт точной механики и вычислительной

техники им. С. Л. Лебедева РАН

Зашита состоится "_года о _

часов на оаседонии Специализированного Совета Д 0сз.?8,01 по аааите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте проблем кибернетики РАН П17312, ЬЬсква, ул. Вавилова, 37)

С диссертацией иокмо . ознакомится в библиотека Института проблем кибирнетики 1

Диссертация разослана '' /<? "Q^eS/S " 1992р.

Ученый секретарь Специалиа ированного Совета Д 003.78 01

к.Т.н. /¿Z^^ м.Ю. Беляев

л ■ '< • с' "л Г «тим , .

Сбщ-^й характеристика работы

Актуальность проблемы ;

Увеличен!::? скорости работы элементной базь; существенно изменило временные пропорции на всех конструктивных уровнях ме*.ду затрата»« на передачу сигналов и их непосредственную логическую обработку в активных олементах, что привело к пере- . распределению задачи временной верификации между функционально-логическим и конструкторский атапаии проектирования, сбли-' жению этих этапов и возникновению целого ряда нспих задач.

Без ссестороннего разсития средств многсурсзненсго сквоз-

■ кого анализа временного поведение выескоскеросткнч логических устройств невозможно ни е^нктивнсе проектирование, ни дальнейшее безотказное функционирование высокопроизводительних вычислительных комплексов, создание которых имеет вазиое народ-, но-хозяйственное значение как для реализации текут?«: задач в различных областях, так и дял дальнейшего развития общества.

В работе делается попытка осмыслить и систематизировать .. от и проблемы на основе опыта конкретной разработки. Проблемы проектирования линий ссдзи при работе устройств на частотах выю 00 ьГц икеют как бы три составляющих: первая связана с • ограниченностью скорости распространение сигналов, ьторад - с отрзад-нигм сигнялсп от неоднсродностой, а третья - с физической реализацией связей, учитывающей как лерпне дпа состав-".• лающие, так и ограниченность трассировочного пространства. '• Т.е. в традиционные иетоды конструкторского. проектирования,

■ работающие & осносноы по геометрическим критериям связности, планарности, раеномерностн, минимальности длин и т.д., необходимо органически вписеть вре-ыонные критерии работы схем. ,

Цел работы и задачи иссяег.озьннл

Целью рабски аыяетсн разработка методологии временной • верификации' логических устройств, выполненных на нескольких конструктивных уровнях, и гыработка методов управления логический и конструкторским проектированием на сспссе критериев .. подученных в результате временного биыма* В работе ставятся • И решаются проблемы комплексной формализации процессов прогно-■ аирования временного поведения сложных высокоскоростных лор«- ''

- В -

ческих устройств на различных этапах их создания, где комп- -лексность формализации понимается и как решение связанных между собой прикладных задач, и как создание САПР, способной аффективно решать эти задачи.

Основными задачами исследования явились:

- изучение методов и критериев проектирования супер ЭВМ и влияния их на задачи и структуру САПР;

- разработка принципов построения САПР, позволяющей успешно достичь поставленные цели;

- систематизация задач временной верификации и выработка. соответствующих классификаций, моделей данных и структур программных средств;

- разработка принципов многоуровневой организации временной верификации;

- выбор методик расчета временных параметров ИС и разработка принципов схемотехнического анализа структур логических схем с целью формализации процессов расчета;

- разработка и анализ различных способов первичной обработки и отображения информации о временных характеристиках устройств; ^

- выработка эффективных критериев для основных задач (конструкторского проектирования и разработка способов их вычисления;

- выбор моделей линий связи для расчета их временных характеристик и разраборка методов обобщения полученных в результате моделирования данных для их использования в САПР.

Мэтоды исследования

. г Для решения поставленных аадач использовался аппарат теории моделирования логических схем, конечных автоматов и длинных линий, а также привлекались элементы теории множеств, теории графов и математической статистики. Положительное влияние на успешное решение ряда задач оказал и накопленный опыт в области технической диагностики.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем.

1. Разработаны принципы многоуровневой временной верификации

*

■'■■' ' V ' • ' ' ; 3 - •• ■ -- ' ; • высокоскоростных логических устройств и структура САПР, ".'.'. обеспечивахяц/ая реиение этой-задачи. - .-

2. Предложены методы формализованного расчета задержек сигналов для различных форм представления объектов про^-ктярова-- имя, включая ссмтилы-.се представление с>:еыы,

3. Получена полная классификация способов записи л хранения информации в триггерных структурах, позволяющая апгоритм/.зиро-

. Бать процесс вычисление временных соотношений.

4. Произведен анализ влияния логической, времени--. > и ;ункци-оиалыюй избыточности схем на адекпатдость результата; иременной перификации. :

Б. Разработаны алгоритмы управления конструкторски;!.! проектированием на основе критериев, полученных из временного анализа ; • устройств.

\ 6. Предложены принципы организации схемотехнического контроля логических устройств. •: 7, Лредложана методика анализа временного пог.-едоша сигналов в реальных линиях связи.

На защиту выносятся указанные в п. 1-7 научные р--У-гьта-

ты.

Теоретическая значимость

Теоретические результаты, полученные б р^бат«, у? слу-. жить основой для разработки систем автоматизации проектирования пысскспрсиаводигельных логических устройств и позл<у:.;Д отдельных прикладных пакетов, предназначении:; для проведения • иногоуроснессй верификации, активно участвую^'-'.". п щ -.\ieoce ' проектирования. Полученные результаты дают всзьеакость, кроме ;того, формализовать ряд задач, связанных с прсектирс?--.кием ' тестового обеспечения, схемотехническим контролем. логической верификацией.

Практичеасая ценность

- • ' Разработанные принципы и алгоритмы нсньолля иг.и.отть

качественное многоуровневое проектирование сложны;: логических

- " устройств, обеспечивая их максимальное быстродейстг.»:*, оба.*.: 'л&цсироаы«но52ь ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БО времени, еисскш уровень

защищенности от искажений сигналов в линк.чх седа». Предложенные» методы активного воздействия результатов временного анализа на процедуры проектирования сокращают цикл проектирования,

- 4 -

обеспечивая быструю сходимость процесса.

Реализация результатов работы

Все изло>енные в работе принципы и методики реализованы при создании коллективом специалистов САПР, обеспечивающей проектирование ИС, блоков и устройств супер ЭВМ "Электроника ССБИС". Данная САПР фукнционирует в ОС Диспак на ЭВМ БЭСМ5, СВС, ЭльбрусК-В. Большинство задач, решаемых с ее помощью, относятся к проектированию блоков и устройств (конструкторское проектирование, временная верификация, выпуск документации и т.д.). Кроме этого в рамках системы были созданы программные средства для проектирования элементной базы, как непосредстве-но связанные с рассматриваемой задачей (временная верификация, схемотехнический контроль), так й имеющие самостоятельное приложение (расчеты мошностных и тепловых режимов, тестовое обеспечение производственного контроля, логическая верификация) .

Материалы работы легли в основу учебного курса "САПР высокопроизводительных вычислительных комплексов", который читается автором на базовой кафедре 238 МИРЭиА с 1989 года. На базе рассматриваемой САПР разработан комплекс курсовых paöotf, производились практические занятия и производственное обучение

студентов, выполнялись дипломные работы. 1

» *

Апробация работы

Основные положения и результаты работы были представлены на: 4

■ VII Всесоюзном совещании-семинаре "Автоматизация проектирования современных ЭВМ" (г. Симферополь, 1979г.);

г Всесоюзном совещании-семинаре "Автоматизация, интеллектуализация и роботизация производства" (г. Семфирополь, 1985г.);

Всесоюзной конференции "Теоретические и прикладные вопросы разработки и эксплуатации САПР РЭА и БИС" (г. Львов, 1985г.);

XII Всесоюзной школе-семинаре по технической диагностике (г. Винница. 1986г.);

VI Всесоюзном совещании по технической диагностике (г. Ростов-на-Дону, 1987г.); ...

I Всесоюзной конференции "Проблемы создания супер ЭВМ"

- Б -

(Г. Минск , 1987г\);

XIII Всесоюзной школе-семинаре по технической диагностике Ср. Ереван, 1987г.);

I Международной научно-практической конференции "САПР СВТ'89"(г. Ленинград, 1989г.);

Всесоюзной конференции "Теория и практика построения интеллектуальных интегрированных САПР РЭА и БИС" Сг. Звенигород, 1989г.);

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 14 разделов, заключения и б приложений и содержит 177 стр. текста, 20 иллюстраций и 69 библиографических наименований.

Публикации

По теме диссертации опубликованы десять печатных и пять научных работ.

Сбший подход к решению

Известный блочно-ориентированный подход к времеменной верификации, где размерность задачи пропорциональна количеству элементов, дает возможность только оценить временные характеристики схемы, но не позволяет активно влиять на ее оптимизацию с целью повышения быстродействия, т.к. при атом подходе отсутствует информация об отдельных составляющих временных затрат. Кроме того, блочно-ориентированный подход не дает возможности свертки временных параметров для организации многоуровневого анализа.

В работе выбран подход, ориентированный на анализ временных параметров логических путей в схеме. Это дало возможность досконально исследовать временные характеристики схем и актив- • но влиять на оптимизационные процессы проектирования, особенно на этап« конструкторского проектирования.

При пути-ориентированном подходе более строго формализуются такие задачи, как вычисление взаимодействия событий в триггерных станциях, выявление, классификация и анализ избы--,",, точности в схемах. Возрастают и возможности статистического анализа временных характеристик. Результаты расчета могут быть' использованы не только для анализа схемы и ее оптимизации на этапе проектирования, но и при производственном контроле дина-

- 6 -

мических характеристик устройств..

За указанные преимущества подхода приходится расплачиваться возрастанием размерности задачи на текущем уровне композиции схемы. Однако, для снижения размерности задачи и затрат вычислительных ресурсов здесь могут быть использованы: введение большего числа уровней представления объекта анализа; оптимизация структур хранения и способов доступа к данным; программные средства установления эквивалентности путей в схеме.

I

Содержание работы ..

Введение. Дае-тсл обоснование актуальности темы. Формулируется цель и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность и реализация результатов работы,апробация работы, обшяй подход к решению. Дается краткий обзор.

Глава 1 - "Критерии проектирования супер ЭВМ и САПР" -посвящена анализу критериев проектирования ЭВМ на различных этапах. Ее цель - показать, какие критерии доминируют на соответствующем этапе (архитектурном. функционально-логическом, схемотехническом, конструкторском, технологическом) и каковы тенденции изменения этих критериев в- общем развитии. -«

Основная точка зрения состоит в том, что по мере увеличения скорости срабатывания элементов, как одного из факторов, определяющих производительность ЭВМ, временные критерии функционирования становятся доминирующим;!. Особенно жесткие требования накладываются при проектировании линий связи, на которых временные потери при рабочих частотах порядка ЮОмгц составляют более 5и%. Как следствий этого, наибольшим изменением подвергается конструкторское проектирование (КП).

г Анализируя тенденцию увеличения уд&льной плотности элементов, показаны причины роста значения временной верификации. В частности, при увеличении степени интеграции элементной бааы взрастает как сложность расчета временных параметров, так и влияние на них характеристик линий сьлаи.

Рассмотрена роль САП? в обеспечении надежности. Предло;ке-на концептуальная модель, суть которой заключается в представлении объекта проектирования как многовариантных иерархических структур, компоненты и свяаи • в юторых отражают физические и/или информационные сущности. При этом надежность объекта

предлагается рассматривать как совокупность надежности его компонент и связей. Перечислен ряд средств САПР, направленных на обеспечение надежности функционирования.

На основе рассмотренного материала делается вывод, что для еффективног-о проектирования высокопроизводительных вычислительных комплексов необходимо наличие в САПР средств всестороннего анализа характеристик создаваемых устройств. Результаты итого анализа необходимо активно использовать в управлении ходом проектирования. Процесс управления должен носить систематический характер на всех этапах проектирования. Анализ временных характеристик объе.сгов проектирования при возрастающих скоростях обработки информации носит приоритетный характер, особенно на этапе конструкторского проектирования.

Глава 2 - "Принципы построения САПР". Целью данной главы является выявление основных свойств, которыми должна обладать система проектирования для успешного выполнения как задач верификации, так и всего процесса а целом. В работе выделены следующие свойства:

-легальность проектирования - система должна на различных этапах обеспечивать проектирование как отдельных устройств, так и отдельных их частей;

-поддержка процесса проектирования сверху вниз - возможность последовательной структуризации и обеспечение формального интерфейса между подструктурами для логической целостности проекта;

-поддержка процесса проектирования снизу вверх - возможность последовательной деструктуризации;

-обеспечение откатов в процессе проектирования - возможность Еернуться на несколько шагов назад, с сохранением или без, неработанных результатов;

-структурность процесса проектирования - в системе должны быть развиты средства,- позволяющие на основе опыта квалифицированных разработчиков фиксировать типовые маршруты проектирования для данного класса объектов;

-гибкость к изменениям в объектах проектирования как до выпуска документации и сдачи ее в производство, так и на стадии ее сопровождения.

Указаны средства достижения приведенных тактических

- а - •

свойств и выделены такие стратегические задачи САПР как: способность к развитию через развитие технического, математического, программного, информационного, лингвистического обеспечения САПР; стандартизация перечисленных обеспечений; достоверность и полнота хранимой в системе информации.

Глаьа 3 - "Задачи временной верификации". Задачи временной верификации в работе разбиты на группы:

- анализ временных характеристик рассматриваемого объекта;

- получение- временных критериев .для схемотехнической оптимизации объекта;

получение временных критериев для управления конструкторским проектированием;

. - расчет внешних временных параметров объекта.

Основой при решении этих задач в работе является расчет временных параметров схемы на основе ее структурного представления бел подачи входных воздействий и вычисления логических значений. Считается, что сигналы от источников к приемникам распространяются по заданному мной'-еству логических путей, а данное множество, используя схемотехнически^ признаки (типы источников и приемников), разбивается на классы, в каждом из которых работает определенный ц..Лор временных критериев.

Рассыатри.ч'1'-|.:;..й объект проектирования представим в виде множества рлднокомноис-нт и многоуровневых (физически разнородных) сьяз.'И меаду ними. В гггой иерархии удобно производить и временные расчеты, использул на каедом уровне' различные модели. Наиболее э Активно для рассматриваемого класса объектов воспользоваться схемотехническим моделированием только на уровне нижнего элементного базиса, получив ' таким обршом исходные временные зависимоеги и параметры, а целее на атей основе [к-рейти к табличным методам расчета. Такси ыяюр моделей обладае? достаточной гибкость», методологически приближен к разработчику, еездыиц^му структуры логических сх1-ы, и проз боля ет вводить иерархический подход при решена:« рассматриваемых аедач.

Далее характеризуется каждая группа иадач, отмечаются принципиальные моменты и основные трудности. Приводятся пути

- в -

решения. Так, например, ¿нализ временных характеристик объекта заключается в проверке множества временных отношений, нарупе-ние которых привсдит к неправильному функционированию схемы. На основе полученной ин<{>ормации разработчик или переходит к последующим процедурам, или возвращается назад: изменяет структуру схемы и параметры радиокомпонент, переразметит элементы, снимает и переразводит цепи и т.д.. Принципиальным моментом здесь является наличие активной двухсторонней связи с разработчиком. При 'построении этсгэ интерфейса необходимо обеспечито функциональную полноту, структурировать и оптимизировать объемы вводимой и выводимой информации. При атом в работе выделены два рода отображения. Первый - ото отображение статистических 'характеристик, когда видается информация в виде различных распределений, например, гистограмма количества путей от величины задержи распространения в них. Второй - это отображение для каждого выделенного пути полной информации о распределении задержек на отдельных его участках, что дает возможность производить локальную оптимизацию.

При рассмотрении задач получения временных критериев для управления КЛ выделены три процедуры: размещение, обход icoh-тактов и трассировка. Основой этого управления является понятие запаса по быстродействию, связанного либо с парой размещаемых элементов, либо с парой контактов одной цепи, либо с некоторой совокупностью элементов или пар контактов.

Расчет внешних временных характеристик каждого растериваемого объекта позволяет осуществить иерархическую временную верификацию устройств. Введение иерархий продиктована двумя основными причинами: невозможностью одновременного проектирования различных конструктивных единиц и большой размерностью задачи. Обдья идея заключается в последовательной декомпозиции временных параметров спроектированных объектов с дальнейшим использованием отой инфорыздши при создании объектов следующего уровня иерархии.

Отметим основные факторы, влияющие на сложность решения задач этой группы. Первым является получение достоверных исходных данных, от точности которых зависит './Активность всех дальнейших этапов. Вторым |}йктором является принятая система синхронизации, илиамая как на состап временных критериев, так и на алгоритмы их вычисления. Третий фактор ùiiqîî-

ноети - ато примятая схемотехника построения станций на данной уровне композиции. И, наконец, на сложность решения определенное влияние оказывает сложность моделей расчета.

Глава 4 - "Временные критерии работы цифровых устройств". Цель главы - показать на примере типичных способов организации процессов функционирования логических схем пришиты формирования временных критериев и пути их вычисления. В главе формулируются основные понятия в "¡этой области.

Очевидно, что временными критериями правильной работы схемы при различных способах синхронизации являются временные неравенства, выполнение которых обеспечивает корректную Еыда-чу,передачу и прием информации ыезду парши, тройками и т.д. синхронизируемых алиментов памяти (станциями). Понятие "станция" возникло при разработке схем с конвейерный способом обработки данных и обозначает любой синхронный последовательност-ный элемент: триггер, регистр, счетчик, ЗУ и т.д..

Дглее рассмотрены неравенства для станций, выполненных на КС-триггерах типа:

Г*ирааброс>и(ШЗ)+ир) + илодг) < Т', (1)

КСГО) + Кр) - I: (уд)разброс) > 0.,где (2)

К разброс) - г.реш разброса прихода фронта ЬН сигнала А синхронизации на вход станции;

КСЦП) - время срабатывания станции', т.е. времл распространения фронта 1.Н сигнала синхронизации от входа |'СИ) , до выхода (р) передающей станции;

Кр> - суммарное врем/ раопроотр;йненил сигнала от вш:сда пгфед^щей станции до входа пршшыькацей; г Кподг) Д(уц) - према полге-дяпки и удержания пршншнюдай станции;

Т' - длител! ность тчкта синхронизации Т или его части.

Неравенства 1 и " необходимо выполнить для всех логических путей Рп (Рп... ,1) ые>ду »«¡нгдал-^й 1 станцией С ,т) и принимчш^й ] станцией (],Г.',... ,ц).

Очевидно,, что норапенстпа 1 и Я легко обобщить при наличии сдвигов между синхросигналами па Е:;:сдйл, корректируя значение 'Г*. . ■

Рассмотрены временные отношения, когда элементом хранения

. - 11 -

является синхронизируемая Ь-защелка, в которой события на выходе вызывают или открывающий прием фронт синхросигнала (1(0113)), или событие на входе данных ШМ})) при соответствующей значении синхросигнала. Например, для двухтактной синхронизации (рис. 1) при передаче информации между 1 и 3 станциями без учета времени Кразброс^ имеем.

(--т I-1

сии-1 ию 1-1 1-

СИЗ--1 К В)

|<- 2 ->|

Рис. 1

При позднем приходе данных на 1 и ] и ^подп) - Кподг!): В: ЬШ01)+«р) < 2, (3)

1В->иОСЗП+ир) < Т - 2. ' (4)

При раннем приходе данных на 1 и позднем на ]: хН->дВ: иШН)1-Ь(р)+иподгз)-Ь(1?) < 2, (5)

iB->JR: • 1(СМ31)+ирНиподг;|)-Ь(В) < Т - 2. (6)

При позднем приходе данных на 1 и раннем на к 1Н->]В: иОДП+Кр)-иподг1> < 2 - К(3) (?)

1В->]Я: иЕЮПН(р>-1(П0ДГ1> < Т - 2 - «В) (8) Из 6-8 видно, что, чем больше КЮ и КВ), тем большую неопределенность приобретают временные критерии, хотя разработчик получает возможность варьировать длительностью такта между станциями. Принимая с(СИО)»КО(3), из 6-8 получаем значение этой неопределенности (величины общего заема) для }В : 1(зйем1р=Ш)+Ь(В)-1(подгП-1(подг1), •• (9)

где 1(Ю-Ь(подг1) - это максимальная величина, передаваемая предыдущим ступеням изаемО, а иВ)-иполг.}) последующим ступеням Кз&ем]).

Далее приведены процедуры сременной верификации при

Анализ временного поведения схемы с рассматриваемой системой синхронизации распадается на ряд задач в зависимости от исходных данных, которыми являются заеиы на входах схемы И период Т. К ним относятся: анализ на выполнение временных отч

ношений при заданных значениях Ыподгвх) и Т; расчет достигнутого быстродействия при заданных иподгвх); расчет допустимых Кподгвх) при заданном Т; расчет Кподгвх) и 'Г при условии истинности всех заеиов изаем) (реальные допустимые заемы при фиксированной величине такта Т).

Последние три задачи являются итерационными, т.е. решаются за несколько проходов по структуре схемы или графу 6 (в В вершинами являются станции, входы и выходы схемы, а ребрам приписаны соответствующее времена распространения).'Заметим, что количество итераций здесь зависит не только от характеристик схемы и исходных данных, но и от итерационного шага.

Контроль задержек при заданном такте Т и максимально допустимых зал-¡/ах на входных станциях позволяет-сделать вывод о временных параметрах схемы при наихудших условиях на входах.

Расчет, при котором фиксируется факт наличия станции с нулевым "истинным" заемом на всех путях между любой входной и выходной станцей, дает право говорить о независимости выходных временных параметров (КСИф) от времени прихода входных данных и тем. самим формировать данные о временном поведении по входам и выходам схемы для использования их на следующем уровне иерархии. .

Расчет при заданном такте и нулевых ааемах на входных станциях дает возможность оценить достижимость этого такта внутри схемы и вычислить величину минимальных ааемов для проверки соответствующего отношения.

. Рассмотрена следующая задача временной верифи|*ации при фиксированной величине такта. Если при нулевых входных ааемах так» достижим, а в случае максимальных входных оаемсв либо выходные задержки КСИф схемы зависят от задержек на входах данных, либо нарушаются временные отношения вида:

Кгюдгр +2Кра.-)брос)+Кр)+К0С|1) < Т-Кааем1), то возможно найти нетривиальный набор Кподг]), при которых как нарушения, так и эаьисимость от входов, отсутствует. Здесь опять полученные данные можно использовать'для независимой временной верификации следующего уровня иерархии.

Глава 5 - "Задачи временной верифиглции и структура данных" - посвящена анализу исходных данных, необходимых для проведения временной верификации. Для этапа КП выделены следующее

- ю -

группы данных.

Статические (квазистатичеасие) библиотечные данные о характеристика;: элементов, стуктурное . объединение которых представляет проектируемый объект, данные о базозой конструкции.

Данные о структуре проектируемого объекта в виде набора вхождений элементов и цепей, связывающих сигналы вхождений.

Данные, синтезированные в ходе КП: информация, полученная( в результате компоновки, и размещения вхоадений, где каждому сигналу .вхождения сопоставляется множество контактов, привязанных к координатам пространства; информация, полученная в ходе трассировки, где каждой цепи сопоставлена трасса, имеющая физическую сущность (геометрические, электрические, технологические параметры).

Данные, управляющие процессом анализа и расчета. Здесь общность распространяется на сами данные, структуры их хранения, процедуры доступа к ним, лингвистические средства.

Рассмотрены организация данных об объекте проектирования, обеспечивающая эффективный структурный анализ в произвольной направлении.

Глава б - "Классификация входных сигналов элементов". Для управления движением через влеуенты от входов к выходам целесообразно ввести классификацию входов элементов по типам. Такая типизация позволяет однозначно выбирать критерий проверки и планировать дальнейаие действия. В работе предлагается следуюшая классификация, где каждый вход характеризуется ограниченным рядом частично совмещаемых типов.

Тип "данные" - синхронизируемые входы, для которых определены времена подготовки и удержания' относитеньно соответствующих входов синхронизации.

Тип "синхронизация" - входы, к которым возможна подводка сигналов синхронизации и сг которых в атом случае ведется анализ и расчет синхронных процессов. С входом втого типа' могут быть связаны выходные сигналы элемента с соответствующим набором данных,включая времена распространения Ь(СИО), .

Тип "ко!<йинационный" - вход, взаимодействующий с выходами через комбинационные подсхемы. Характеризуется

• - \А -

временами распространения t(p).

Тип "разрешения синхронизации" - у этих вводов определены времена подготовки и удержания относительно соответствующих входов синхронизации. В отличие от входов типа "данные" на ВТих входах могут работать другие временные ограничения.

Тип "сброс" - присваивается входам, имеющим, с одной стороны, связь с выходами (определены tip) ),с другой стороны -когда дальнейшее продвижение от атих входов к выходам с точки зрения задач временной верификации в ряде случаев нежелательно (например, асинхронные входы сброса и установки триггерных станций).

Тип "выделенный" - присваивается входам, у которых отсутствуют полностью формализованные временные критерии, или эти входы следует выделить по действиям.

Предлагается структура хранения этой- информации в виде графа. Приводятся примеры.

Глава 7 - "Задачи схемотехнического контроля и временная верифиющня". Исходя из выбранной выше идеологии временной верификации, на каждом уровне анализа (БИС,блок,...) необходим схемотехнический контроль норм проектирования, чтобы гаранти-* ровать работоспособность как самих устройств, так и их моделей, лежащих в основе того или иного временного анализа. Развитой схемотехнический контроль, кроме основной своей аадачи -соблюдение правил проектирования, разгружает текст других программ от излишних проверок на корректность исходных данных.

В работе предложен объектно-ориентированный подход к схе-мотехничиекому контролю.

Пусть "объект" - ьто имя объекта и множество атрибутов объекта, а "атрибуты" - ото типы, значения, объекты.

Типы - множество перечислимых значений из введенных классификаций.

Значения - физические значения, характеризующие объект или количественную связь с другими объектами.

Объекты, входящие и сбьс-кт, характеризует множество связей (отношений) с данным объектом вида: структурных; логических; количественных; апосредствеиних пли условных.

Тогда аадачи схемотехнического контроля можно свести к:

- перечислению объектов контроля;

" 15 '

- формулированию правил, прикладываемых к атрибутам объекта;

- факторизации отношений, содержащихся в правилах.

Как при выработке правил, так и при их формулировании следует минимизировать (ограничивать) количество уровней поиска информации. Опыт показывает, что количество уровней должно быть не более двух, т.е. в правило включаются атрибуты объекта (первый уровень) и атрибуты атрибутов (второй уровень"!.

Далее приведены различные примеры.

Глава 8 -"Расчет задержек БИС". Цель данной главы - дать методику расчета задержек БИС на основе табличного представления данных и очертить общую канву пакета с данным функциональным назначением.

Решение задачи извлечения временного поведения схем, реализованных в БИС, основывается на описанном выше принципе глобального расчета задержек по всем логическим путям, где компонентами схемы являются макроэлементы (функциональные ячейки (<М) или их фрагменты).

Раздел 0.1 посвяшен анализу исходных данных и выбору их представления. Основными единицами схемы взяты <1(Я и множество типов цепей. В результате анализа исходные данные разбиваются на две группы. Па основе первой группы формируются таблицы задержек для каждой ФЯ, хранящиеся вместе с другой информацией в библиотеке элементов. Ко второй группе данных относится информация о зависимости временных параметров от характеристики цепи (количество объединенных выходов, количество и виды нагрузок, емкость связи и т.д.). Для различных гипса пеней эти характеристики различны. Типизацию цепей можно производить по типу источников, приемников, нагрузочных резисторов, технологии выполнения связей. Ввиду многообразия и нестабильности эту информацию удобно хранить в пакете программ в виде набора процедур и функций, Дачные второй группы могут носить кы-с статический,' так и динамический характер. Так, например, емкость связи иохет бить оценена статически из количественных параметров цепи и технологии или динамически на основ« данных конструкторского проектирования.

Для понимания конкретных примеров списания исходных данных, данных в приложении, в ратдел« приведены основные моменты

конкретной методики расчета БИС, построенных по ЭСЛ техноло- ' гии, где задерх<ка в пути, проходящем через последовательную цепочку ФЯ, разбивается на две суммы: задержки «Я и задержки цепей.

Задержка каждой ФЯ обусловливается собственной задержкой, отклонением опорного напряжения на выходе СЯ и случайным отклонением логического уровня на выходе ФЯ. Собственная задержка ФЯ различна для перепадов НЬ и Ш и зависит от крутианы входного фронта:

ир<ХЯ) - Кр.Н'И) + 'К1*( Квх.фр) - .ином.фр) ), где Кр.нФЯ) - номинальная задержка распространения ФЯ, ■ К1 -коэффициент влияния входного фронта на величину

задержки ФЯ, Квх.фр) - крутизна входного фронта й(нои.фр) - номинальная крутизна фронта сигнала.

Т.е. для расчета времени распространения здесь необходимо рассчитывать и крутизну фронтов сигналов, значения которых в свою очередь зазисят от многих .факторов, включая и крутизну входного фронта. Та!?, собственный выходной фронт ФЯ можно оценить как:

КфрФЯ) - Кфр.нфя; + К2*( Квх.фр) - Кном.фр) ), где Кфр.иЗЯ) -номинальная крутизна выходного фронта йЯ, К2 -коэффициент влияния входного фронта на крутизну ^ . выходного фронта.

I! разделе 0.2 произведен а>!алиэ влияния избыточности схем на расчет временных характеристик. Выявлены виды распространения логического перепада по некоторому пути в схеме (одномерное; параллельное; параллельное, разнесенное во времени) ц• причини невозможности создания условий его 'прохождения. Рассматривается структурная, логически и временная изоТочность. Выявлен ряд структурных признаков наличия избыточности В схеме, позволяющий в некоторых случаях свести рассматриваемую задачу к простил эвристическим алгоритмам. Предложено в Общ&м случае для анализа избыточности испопьаоьшь регулярный метод синтеза тостсиих последовательности Щ,31.

В разделе 8.3 проанализированы временные соотношение в триггерьых .станцнлх. Сложность для формализации вычислений временных соотношений алиментов памяти связана с неоднозначностью взаимодействия данньи с синхронизацией, кодозазиси-

. - 17 -

иостыо проховдения перепада внутри станции, сложностью структурной идентификации. Последний фактор присутствует в основном, если станции строятся на нескольких <И по различным принципам ("размытые" триггеры в "море вентилей").

Получена классификация способов записи и хранения информации в логических структура:? с обратными связями (ОС):

- записи с обрывом ОС за счет сигнала синхронизации V! переходом ОС в нейтральное состояние после смены состояния синхросигнала (переход с переключением);

- записи с парафазной передачей информации в ОС. Здесь по сигналу синхронизации ОС переходит из установочного состояния, определяемого сигналом данных, в нейтральное. Причем, данные одновременно воздействуют на оба вентиля ОС, создавая на одном нейтральное, а другом установочное значение'(особый переход);

- запись с однофазной передачей информации в ОС, где данные в виде установочного состояния поступают на вход одного иа элементов ОС, в то время как на вход другого элемента ОС подается нейтральное состояние (нормальный переход).

На основании атого можно утверждать, что в основе расчета временных соотношений синхронных схем лежит взаимодействие синхросигналов с остальными сигналами схемы в фиксированных типах точек взаимодействия (пары входных сигналов элемента (элементов)). Таких типов четыре: точки приема информации, точки хранения информации, точки опроса состоянии триггерных станций, точки блокировки (управлений) синхросигналов. Физически эти ?очки могут совпадать, а часть типов точек отсутствовать.

Таким образом, для того чтобы рассчитать временное поведение синхронной схемы, необходимо структурными методами выявить три момента- точки взаимодействия сигналов разрешения о сигналами синхронизации; точки взаимодейстпня сигналов данных в триггерных станциях с сигналами синхронизации; кодозависимые пути прохождения Нк;репадов п триггерных станциях при их переключениях с учетом возможного наличия временной избыточности. ,

В разделе 8.4 даны элементы программной реализации расчета задержек БИС. Процедура расчета разбита на последовательно выполняемые задачи:

- извлечение текущей конфигурации схемы и формирование стру!стур данных для обработки;

- 18 -

- извлечение из библиотек информации' о аадержкаэ элементов и о внутреннем взаимодействии сигналов элементов;

- формирование данных о задержках в цепях по результата»

КЛ;

- структурный анализ схемы:.

-- вычисление приращений задержек и фронтов сигналов 01 нагрузок для каждой цепи или пары сигналов цепи (предварительно производится классификация цепей в зависимости от типе источников и приемников, технологии реализации связи);

- выявление элементов ло1сальной памяти (триггеров или триггерных структур);

. -- выявление структурной, логической и Ереыенной избыточности схемы;

- построение опорного "дерева" разводки сигналов синхронизации, идентификация триггерных станций и точек взаимодействия;

- идентификация асинхронных елементсв памяти;

- расчет временных параметров схемы: вычисление внешних временных характеристик, временных запасов по быстродействию, максимального быстродействия, критических путей и т.д..

Обратим внимание на два важных момента.- Первый связау с выраЬоткой критериев останова продвижения по структуре схемы. Здесь, кроме очевидных моментов, таких как останов по достижению выходов схемы, входов двухступенчатых триггерных станций, существует проблема обрыва, зацикливания на локальных обратных связях с распознаванием их от псевдо обратных связей, останова при взаимодействии с противогазными и однофазными синхросигналами, 'останова на одноступенчатых синхронных и асинхронных триггерных станциях. Второй момент связан с решением проблемы наличия или отсутствия "просвета по данным" при записи информации в двухступенчатые триггерные станции, где изменение сигнала на выходе может Сыть связано'но с Фронтом синхросигнала, а с перепадом на входе дачных.

Отметим, что программные средства расчета временных характеристик ВИС имеют положительный побочный оффслт - они, включают в себя: вторичный более глубокий схемотехнический контроль но нагруика!« алиментов; контроль п()авил построения триггерных станций; контроль за глобальными с,братними связями; контроль правил равводки синхронизации; (сонтроль правил

- 10 - .

обеспечения контролепригодности схеи и т.д..

Наличие этих средств оказывает большое влияние на всю дальнейшую разработку как самих БИС, так и устройств, их включающих.

Глава 9 - "Расчет задержек блоков". Цель данной главы -дать методику расчета для объектов проектирования, реализованных на следующем после ИС конструктивном уровне.

Существует ряд причин для выделения данного конструктивного уровня: после этапа создания.элементного базиса на ИС этот уровень наиболее трудоемкий как для разработчиков, так и для САПР; характеристики линий связей здесь в наибольшей степени влияют на параметры реализуемых устройств, в первую оч-редь, на их быстродействие, и, следовательно, временной анализ, выработка временных критериев и управление КЛ на их основе здесь наиболее актуальны; необходимо получить вложенность временной верификации; однотипность моделей линий связи; геометрическая целостность объектов; обособленность КЛ.

Общая идеология расчета здесь остается аналогичной ранее рассмотренной. Временные параметры рассчитываются для множества логических путей. Логическая связность определяется из стуктуры схемы и элементов. Последняя определена ранее и отображена в структуре таблиц задержек элементов, откуда берутся и значения их временных параметров. Временные параметры линий связи рассчитываются, исходя из текущей информации о геометрии трасс. Пути разбиваются на классы в зависимости от типа начальной и конечной вершины. Для кчвдого класса путей определяется временной критерий функционирования.

Расчет задержек обеспечивает решение трех видов задач (рис. 2): контроль за временными параметрами схьмы; управление (формирование критериев и ограничений) процедурами КЛ; определение внешних временных параметров схемы.

В раздело 9.1 анализируются исходные данные. Выделены следующие группы данных: структура схемы; библиотечные данные со элементах схемы; конструктивное исполнение схемы (базовая конструкция, текущее состояние разработки: координаты кочтак- . топ, порядок обхода контактов цепей, геометрия трасс); характеристики системы синхронизации для определения ньбора типов вершин, базовых точек отсчета, фазовых сдвигов, критериев ве-

рифинации; электрические параметры линий связи (волновые cor ротивленил, емкости элементов трасс,номиналы согласующих pt эисторов, вольт-амперные характеристики сигналов ИС и т.п.) интерфейс с пользователем (задание подсхем,. значений задержек типа расчета, состава и вида отображения результатов и т.п.).

В разделе 9.2 описан процесс расчета задержек путей, ко торый,. как видно из рис.. 2, является структурным ядром при ре шении рассматриваемых задач.

Процесс разделен на три стадии по степени динамичност, исходных данных. На первой стадии формируются оперативны! структуры данных о схеме, множество начальных вершин,, оперативные структуры таблиц задержек элементов и привязка их i схеме. На второй стадии обрабатываются 'данные/ о текуше* состоянии КП. На третей стадии, после получения исходного задания (рассматриваемой подсхемы, значений задержек (вид расчета), формы выдачи и т.д.) выполняется сам расчет.

Расчет ведется на основе анализа задержек для каждого дерева, построенного на осьове логической связности от каждой начальной вершины. При построении дерева все числовые характеристики фиксируются в неинтегрированнном виде. После каждого построения дерева происходит его обработка согласно поставленной задаче: запоминание накопленной информации в буфере вывода, статистическая обработка, вычисление и накопление временных критериев для 1Ш. '

х «

Рассмотрены условия . формирования останова продвижения по структуре схемы, даны классификации путей. .

Б разделе 9.3 рассмотрены два взаимно дополняющих способа отображения результатов расчета: выдача исчерпывающей информация. о каждом выделенном разработчиком пути или отдельной трассе и отображение после статистической обработки в виде различных распределений, экстремальных и средних значений параметров и т.п.. Первый способ дает возможность принять решение на уровне локальной оптимизации, второй - выработать глобальные критерии оптимизации.

Приведены конкретные <|ормы отображения и результаты статистической обработки данных. Даны рекомендации по использованию полученной информации.

V

- Е1 -п Г

| таблицы | | грубая |) точная задер.+кк | | модель 11 модель элементов | | линий связи || линий связи т

отображение временных параметров

н

приоритетная сортировка цепей

I I

<Ч> I I 1 I I

Ь

РАСЧЕТ ЗАДЕРЖЕК ПУТЕЙ

размещение с оптимизацией по быстродействию

определение обхода контактов цепи с ограничениями длин

трассировка с ограничениями ка задержки трасс

Рис.2 Расчет задержек блока

Л

I

текущие характеристики линий связи

1/

| вычисление | внешних временных | характеристик

т*

I-

| занесение | схемы 1 в библиотеку

I-

Глава 10 - "Управление конструкторским проектированием". В главе рассмотрены методы получения на основе расчета задержек по логическим путям критериев для задачи размещения, ограничений ' при решении задачи выбера обхода контактов в цепи, критериев для определения порядка трассировки цепей и ограничений на длину трасс в задаче трассировки.

В качестве критерия для задачи размещения выбрано дости-

- яв -

кение максимального или заданного быстродействия, т.е. требуется для каждого элемента определить позицию с учета конструктивных и технологических ограничений так, чтобы некоторая целевая функция, отражающая быстродействие, достигал; своего экстремального или заданного значения. В качестве тако* целевой функции естествено взять время распространения по критическому пути, т.е. необходимо найти ш1п тах Рк(р), где -задержка на к-ом пути, зависящая от варианта размещения р. Таким образом, задача представляет собой нелинейную задачу дискретной оптимизации большой размерности (количество элементов г}>100) с большим числом ограничений (к исходное порядке 10000).

Будем считать что, на конструктиве имеются 1 посадочных мест (ГМ> и что на 1-ом ПМ может быть установлен- любой из г размещаемых элементов, заняв его целиком. Свернем ряд критериев для снижения их размерности: каждый элемент будем рассматривать в виде одной или нескольких материальных точек; временны« ограничения для различных типов путей сведем к единой величине Т, выразив их как некую "долю" А1 Ш может быть и больше 1) от Т; если ч путей эквивалентны по составу элементов, то будем рассматривать только один наиболее критичный путь, Ц1л которого величина Ш*Т - Б1) минимальна, где Di -суммарная задержка на элементах в 1-ом пути этой группы С±=-1,'<),... ,ч): будем рассматривать только критическую с точки зрения быстродействия подсхему.

Обозначим: П - номер ПМ (посадочного места), занимаемый 1-ым элементом (1-1,2,...,п); (Х.),У.)) - . координаты центра ,|~ого ПМ в некоторой системе координат, связанной с конструктивом, .1-1,2,..., 1, где } - количество ПМ на конструктиве (1>~п); | + | - расстояние мевду 1-ым и ]-ым ПМ;

Яр1р.1 - растояние ме*ду элементами 1 и ), занимающими позиции р1 и р.1, соответственно.

Для каждого из ш рассматриваемых путей Пк, ,т,

поставим п соответствие ино.хесгио упорядоченных (по пути) пар номеров элементов Пк~{ (10,Л), (11,1?),..., (гСКк-1), Юк) >.

Тогда задача размещения состоит в определении вектора р~(р1,р2,,..,рп), принадлежащего пространству всевозможных перестановок Р, для которого были бы выполнены ограничения вида:

- g3 -

I Г" '

| La > Rpipj + Dk <- Ak*T,

I (10)

■| (i,j) из Пк, k-1,2,...,m

| pi=p0i, i из 10. Где L - погонная задержка.

Задача определения минимально возможного такта Т для заданного набора Ак имеет вид: | min Т | по р из Р

If-. '

I L* > Rpipj + Dk <" Ак*Т, (11)

I L_ I

I (i,]) из Пк, k-1,2,...,m | pi-pOi, i из 10.

Рассмотрим реализацию высокочастотных линий связи, при которой все источники объединяются последовательно или в виде дерева, а далее от равновесной точки осуществляется последова-тапьный обход приемников цепи, в конце которого Бключается контакт согласующего резистора.

Здесь при выборе порядка обхода приемников также можно учесть временные критерии, ан,алогичные (10), использовав их в качестве ограничений. Вычислим для каждого задействованного в схеме входа s элемента j максимально допустимое время распространения- сигнала от его иоточника(ов) tmaxj.s. При выборе множества путей { Пк ) воспользуемся только последним ьидом сжатия, выделив в схеме критическую по быстродействию подсхему. Т.к. к атому моменту схема размещена на конструктиве, то в качестве расстояний между парами контактов от. выхода к элемента i до входа s элемента j в Пк возьмем ее реальную величину Ri.g.j.s в прямоугольной метрике. Зададимся некоторым допустимым коэффициентом удлпннения трассы Кул, выбрав его на основе статистических оценок (Куд паряд|са 1.3). Для вычисления t.maxj.s необходимо так*а задаться и значением максимально допустимого такта Тдоп.

Тогда для каждого Пк можно рассчитать общий временной запас:

г~

Jk - Ак*Тдоп - Ы\уд* > fii.c.j.3 - Dk. (12)

- В4 -

(1,3) из Пк

При сЛ«0 возьмем: 1тах . в = Ь*Куд*1?1. . э, тем самым увиличив 'Гдоп для данного Пк.'

При с1к>0 распределим его между участками цепей, входящих в Пк, пропорционально

г~

Ътахз. 2 Ы<уд*Я1,д_] .3 + с1к*К1. .э/ > (13)

(1,р из Пк

Для результирующего значения игах;] .в, возьмем ее минимальное значение по всем Пк.

Определим порядок трассировки цепей по степени их критичности по быстродействию 'на основе вычисления временных аапасов путей с!к (1?),вычислив для каждой неоттрассированной цепи приоритет как ыинималеное значение приоритетов всех рассматриваемых путей Пк, содержащих данную цепь. Определим обший временной запас Пк: с1к « Ак*Тдоп - Рк - Ьотр - {.оценка, (14)

где 1отр.. - суммарная потеря времени на оттрассирсвьнных участках пути,

1оценка - суммарная оценочная потеря времени на неотт-рассированных участках пути с учетом выбранного обхода и без учета Куд.

к При с!к>0 и с1к> «=( Куд-1) -^оценка приоритет пути равен: Ргк - М*(с1к/1оценка + 1), где М - некоторый коэффициент (М-1000).

При с1к>0 и с1к< С Куд-1) *г оиенка приоритет пути равен: Ргк - М*(с1кЛоценка + 1)*Ак*Тдоп/(Ак*Гдоп - с!к> или Ргк « М*(с1к/1оценка +' 1)Мк*Тдоп/(Куд*и)венка1-1отр+0к). г При с1к<0:

Ргк « М*Ак*Тдоп/(Куд*1оценка+1отр+0к). Далее рассмотрена задача задания ограничений на длины трасс как сверху, так*и снизу. Дана методика расчете максимально допустимых длин на основ:-; распределения Л-:.

Рассмотрении-; в работе методики управления КП совместно с методами временного анализа являются важным инструментальным средством при разработке быстродействующих логических схем. Они позволяют : резко уменьшить количество итераций- при глобальной оптимизации быстродействия устройств в целом за счет

локальном оптимизации и выравнивания скорости работы отдельных конструктивных единиц; обнаружить явные временные несоответствия; сбнзру;шть логические ошибки типа паразитных логических зависимостей, недопустимых обратных связей и др.; обнаружить нарушения правил проектирования, не обнаруживаемых ни при логическом моделировании, ни при обычных способах схемотехнического контроля; объективно оценить качества проектирования ; проводить сравнительную сценку как ¡элементной, так и конструкторской базы.

Глава 11 - "Расчет характеристик линий связи". Расчет характеристик линий связи (ЛС), с одной стороны, обеспечивает исходными данными задачи временной верификации; а с другой -имеет самостоятельное значение при контроле на допустимость искажений сигналов. Учитывая различные требования в точности расчета при конкретных способах использования полученных данных, необходимо иметь по крайней мере две модели "длинной" линии: грубую (безытерационную) и точную, позволяющую получить "осциллограммы" переходных процессов.

В грубой модели (модель без отражений) ЛС можно рассматривать как совокупность однородных участков с включенными сосредоточенными конденсаторами между ними, где каждая емкость соответствует той или иной неоднородности (переходному отверстию, контактной площадке и т.п.). ■

Тогда задержка по ЛС определяется как:

tлс - > Li*i?i > Oj aZo/2, (Iii)

i_ i__

i 1

где Li - погонная задержка i то однородного участка; Ri -длина участка; Cj - величина j-ro сосредоточенного конденсатора; Zo - волновое сопротивление-- линии.

При реализации точной модели ЛС необходимо: выполнить такие противоречивые требования как висскал точность моделирования и приемлемая скорость вычисления, учитывая размерность всей ¡задачи; обеспечить полноту и достоверность исходных данных. включая вольт-амперные и временные характеристики активных нагрузок; заложить возможность параллельной обработки данных, для обеспечения развития отих средств в условиях роста

- Ев -

размерности объектов проектирования.

Учитывая эти требования, в качестве модели ЛС была взята модель, состоящая из множества однородных отрезков "длинной" линии без потерь, точки соединения которых (вершины) характеризуются набором типов двухполюсников, соответствующих неодно-родностям трассы,активным и пассивным генераторам, нагрузкам, согласующим резисторам и т.п.).

Б [сачестве математической модели одного отрезка здесь испслы-уется дискретная модель, основанная на решении волнового уравнения методом характеристик с учетом принципа Даламбе-ра. Дискретная модель обладает высокой точностью и быстро-' действием (рассчитываются режимы только на концах отрезка).

Весь процесс вычисления ведется в приращениях напряжений, начиная от установившегося режима Н или Ь (соответствено для переключения НЬ и Ш) с шагом по времени сИ. При этом каждый отрезок будет иметь дискретную длину п1-П/сМ:.

Вершинам, типа пассивные генераторы и Еходные нагрузки ИС, сопоставляются статические выходные и входные вольт-амперные характеристики (ВАХ) или линейные выходные и входные емкости, представленные в виде генератора напряжения, напряжение которого равно напряжению в предыдущий момент времени, а внут-« реннее сопротивление Рвих--сИ/Свых и Явх»сИ/Свх,соответственно.

Активным передатчика),! сопоставляются семейства выходных ВАХ/ -перебор которых по времени с11 ведется в соответствии с формой выходного фронта генератора. Неоднородностям ЛС сопоставляются соответствующие емкости, представленные в виде генератора напряжения, напряжение которого равно напряжению в предыдущий момент времени, а внутреннее сопротивление Нс«си./С. Резистору параллельного согласования в конце линии сопоставляется генератор постоянного напряжения с внутренним сопротивлением К. Наличие паразитных индуктивностей моделируется с помощью отрезков линий.

Очевидно, что накладные расходы при стыковке данных в САПР с та)сой моделью минимальны. Далее приводятся характеристики программ, реализующих точный метод моделирования, и результаты практического использования.

Глава 12 - "Временная верификация межблочных связей".

- я? -

Цель главы охарактеризовать особенности временной верификации на данном конструктивном уровне. Актуальными здесь остаются: контроль задержек межблочных связей, расчет отражений в линиях связи , задача компоновки-размещения блоков и устройств на основе расчета задержек. Для длинных саязей, с задержками в несколько тактов, возникает задача выраьнивания времени передачи сигналов. Для обеспечения решения этих задач необходимо формализовать процесс свертки внешних временных параметров блоков и процесс описания трехмерных геометрических объектов, которыми являются межблочные, межстое.чные и пр. связи.

Для получения таблиц задержек блоков предлагается использовать описанную выше методику: задав соответствующие исходные данные (подсхему, типы задержек ИС и тд.) рассчитать временные параметры и отфильтровать из этой информации только параметры, отвечающие за внешнее поведение. Рассмотрена методика свертки временных параметров и привязки их к внешним сигналам блока.

Процесс описания трехмерных объектов предлагается свести к двухмерному, преследуя цель получения длин связей между контактами разъемов различных блоков и внешними разъемами устройств. Зтот переход можно осуществить методом сечения объекта на ряд независимых или слабо зависимых плоскостей, совпадающих с плоскостями контактов разъемов и/или монтаж, с последующими их поворотами и сдвигами, где связь между плоскостями осуществляется, используя понятие слойности и расстояния между этими слоями. При этом нелинейности связей (изгибы, прогибы и пр.) можно учесть в соответствующих сдвигах плоскостей в координатах хну, а такие величины по г, как расстояния от контактов разъемов до соответствующих плоскостей, выделить с учетам конфигурации подходов к ним и прочего, в набор приращений, связав их с соответствующими типами контактов.

При описании конкретных объектов были использованы сдвиги (одиночные по х координате) и повороты на 90 градусов, что позволило сохранить наглядное восприятие. Все плоскости списаний оказались независимыми. При описании атих объектов 1<ак двухмерных многослойных конструктивов был использован текстовой язык многоуровневого описания, разработанный и реализованный в рамках рассматриваемой САПР. Спыт использования ©того языка показал его эффективность как при описании объектов, так и при их модификациях.

- ßS -

Процедуру контроля задержек на основе обобщенных таблиц вадержек блоков и формального описания геометрии объектов можно свести к простой визуализации этих данных. Для анализа об-ШЭЙ картины по всему устройству в целой можно сделать ещэ ряд шагов по обобщению при отображении временных параметров.

Показана сводимость задачи расчета отражений в линиях овяэи к рассмотренной в разделе 11,2 методике.

Рассмотрена задача выравнивания времен передачи групповых сигналов.

»

В главе 14 дано сведение задачи размещения по критерию быстродействия вида (11) к аадаче дискретной оптимизации. Решается ¡эквивалентная (И) задача:

min Т(р) (16)

р из PI,

где PI - <р из Р | pi-pOi, i из 10), Т(р) - max tk(p), k-1,2,... ,m, г*

tk(pJ - (L*> Rpipj + Dk)/Ak. (i,j) из ilk

Пусть T* - min T(p)~ T(p*), где p* - arg min T(p). p из PI p из PI

n n

I I

Обозначим qk » > > lkij -число соединений в k-ou пути, i-

i-1 j-1.

Из (11) следует, что

Т* >- ТО, (17)

где ТО - шах (L*qk*Rmin + Dk)/Ak, k-1,2,...,m

Rmin- min min Rij - минимальное расстояние между

i-1,2,...,n j>i двумя посадочными местами.

Введем в пространстве R**2n некоторый вектор z щ

(z\,z2,.., ,z2n) - (xl,x2,... ,xn,yl,y2,____уп), где (xi,yi)

координаты геометрического центра 1-ого элемента. Набор функций Rij(2) - |zi - zj| + |2i+n - zj+n| , будет определять зависимость расстояний между элементами inj и является

. - 29 -

аналогом R1J в непрерывном' пространстве R**2n.

Пусть Q - множество координат центров посадочных мест в R**2n, тогда z задает некоторый вариант размещения при:

| (zi, zi+n) из Q, 1=1,2____,n,

| Rij(z) > 0, i#j i,J=l,2, ...,n (18)

| (zi,zi+n) - (z0i,z0i+n), i из 10,

а множество Z0 всех z, удовлетворяющих (18) является аналогом Р из (И).

Отсюда задача (16) в R**2n имеет вид: | min Ф(г) (19)

| z из Z0, где Ф(г) - пах fk(z), k-1,2,...,m, n n r- r~

fk(z) = (L*> > lkij*Rij(z) + Dk) / Ak.

I_ !_

i-1 J-1

Обозначив Ф* - min Ф(2) \ г из Z0, можно дать оценку Ф* >- <ю аналогично (17), которую обычно легко уточнить, имея 10 и Пк.

Далее рассмотрено приближенное решение задачи (19), которое состоит в сведении к задаче назначения элементов в дискретные позиции на основании решения непрерывной релаксирован-ной задачи размещения вида-| min Ф(г)

| Ф(г) >- «О (20)

I z из Z,

где Z - множество всевозможных размещений элементов, положение которых не зафиксировано, а лишь ограничено прямоугольной областью Q0, охватывающей все посадочные места, участвующее в размещении.

В главе 16, дано краткое обобщение полученных результатов, подтверждающее возрастающую роль временной верификации и активность ее воздействия на ход проектирования и создания средств обработки информации. Показаны тенденции дальнейшего развития в втой области.

В заключение сформулированы результаты исследования. Вы-

- 30 -

делены главные и ряд дополнительных выводов.

В приложениях дан иллюстративный митернил к соответствующим разделам и примеры результатов реализа^й • рассматриваемых задач.

. Заключение и основные результаты ; .

На основании анализа проблем, возникающих при создании супер ЭВМ, определено множество задач, решения которых в традиционных САПР или отсутствуют или на удовлетворяют по целому ряду критериев; В первую очередь сюда относятся проблемы, связанные с достижением максимального сбалансированного быстродействия проектируемых устройств. Для решения этих проблем в работе, на основе соответствующих теоретических положений, осуществлена формализация процесса многоуровневого анализа цифровых устройств и предложена методология активного использования результатов временной верификации в ходе проектирования .

¡Реализация соответствующих программных средств и дальнейшее цц!использование показали эффективность предло;кенной методологии для оптимизации вреиенных характеристик устройств.

.Главные результаты и выводи проделанной работы можно выразить следующей положениями.

1. Современный уровень как используемого, так и потенци-ально-возькмногс быстродействия алиментной базы существенно повышает роль временного анализа на всех этапах проектирования и всех конструктивных уровнях создаваемых устройств.

. 2. Предло№ННа.ч методология многоуровневой временной верификации, проводящейся без моделирования логических состояний, позволяет проводить полный временной анализ сложных быстродействующих цифровых схем.

3. На г-талв конструкгорского ьроектиросання временная- верификация Г,ол.*на играть активную роль, формируя количественные критерии, яоллшце н основе алгоритмов разманил и грассиро-1-вок.

4. При проведении временного анализа необходимо учитывать .возможное наличие функциональной и структурной избыточности схем. Для выявления последней предлагается использовать раара,-

ботанный автором аппарат регулярного синтеза входных тестовых воздействий, основанный на очувствлении многомерных путей.

5. Использованный табличный метод расчета задержек сигналов в БИС обладает достаточной универсальностью, хорошо адаптируется под различные базовые кристаллы, полностью согласуется по структурам исходных данных с последующими уровнями и сбалансирован по точности с исходными данными.

6. Быстродействие устройств, работающих в наносекундном . диапазоне, непосредственно связано с качеством проектирования линий связи. Необходимым звеном в цепочке сквозного проектирования являются программые средства расчета отражений сигналов

в линиях связи. Использованные в работе модели длинной линии и структуры данных (как в интерфейсных программах, так и в программах моделирования) позволяют анализировать связи в схемах, содержащих более 1500 цепей, по реальной геометрии трасс.

7. В работе сформулированы и реализованы единообразные методики вычисления временных критериев для задач размещения, обхода контактов, назначения порядка трассировки цепей, вычисления ограничений (сверху и снизу) на длины трасс. Единообразный подход дает возможность повысить эффективность программной реализации, упростить организацию стекового режима проектирования с откатами (после соответствующего анализа результатов) .

8. Предложенная методика многоуровневой временной верификации охватывает следующие конструктивные уровни: кристаллы интегральных схем; печатные платы и блоки на их основе; межблочный и межстоечный монтаж.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях.

1. Вайрадян A.C., Яицков A.C. Построений'многоуровневых моделей логических устройств. - В кн.: Структура сложных АСУ и методы обработки информации, вып.28, НТО ии. акад. А.Н. Крылова, МЭП, 1980, с. 3-10.

2. Яицков A.C., Яицкова Г.А. Синтез контролирующих тестов для логических схем.Аппарат и метод.I. - Электронное моделирование. N 1. 1982, с. 25-31. ,

3. Яицков A.C., Яицкова Г.А. Синтез контролирующих тестов для логических схем.Аппарат и метод.II. - Электронное

- 32 -

моделирование. N 2, 1982, с. 58-63.

4. Ганжа Т.В., Яицков A.C. Расчет временных характеристик устройств 3£М ■ и управление конструкторский проектированием. - Первая Всесоюзная конференция "Проблемы создания супер ЗВМ,...", Шнек, Институт математики АН БССР, 198?, частьI. с.207-208.

5. Ведехин Í.Í.A., Яицков A.C. СУБД для сопровождения конструкторско-технологической документации при проектировании блоков и устройств ЭВМ. - Всесоюзная конференция "Теория и практика построения интеллектуальных интегрированных САПР РЗА и ЕИС", Звенигород 5-7 декабря 1989, М., 1989, с. 142-144.

6. Яицков A.C. Кратные неисправности в задаче тестовой проверки комбинационных схем. - Вопросы судостроения. ВТ, вып.З, 1974, с. 42-45.

7. Яицков A.C. Тестовый контроль и диагностика избыточных комбинационных схем. - Вопросы судостроения. ВТ, ВЫП.24, 1У78, с. 40-48.

8. Яицков A.C., Яицкова Г.А., Гурьев Д.Е. САПР-ТЕСТ -подсистема САПР SIS. - Рекомендации по ьнедрению методов и средств технической диагностики в системах автоматизации проектирования микропроцессоров, ЭВМ и БУС, Ростов на Дону, ИПКМинсельхозмаш, 1987, с. 22-26.

9. Яицков A.C., Яицкова Г.А., Гурьев Д.Е., Бадеев Д.Н. САПР-ТЕСТ.Проектирование тестового обеспечения для элементной базы супер ЗВМ. - Первая Всесоюзная конференция "Проблемы создания суперЭВМ....", Шнек, Институт математики АН БССР, 1987, частьI, с.209-210.

10. Яицков А-С-. Яицкова Г.А., Гурьев Д.Е. САПР-ТЕСТ -система проектирования тестового обеспечения для матричных БИС. - Первач Международная научно-практическая конференция САПР СВТ"89, Ленинград, 1989, с. 67-70.

11. Т.Е. Бигильдеева, 'Г.В. Генжа, A.A. Третьяков, A.C. Яицков 1®эделв и метод решения ькстреыальной задачи размещения при проектировании высокопроизводительных SEM. - Докладу АН СССР, ТОМ 314. И 3, 1SS0, с.573-575.

.с

у