Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и задачи развития типовой интегрированной ситемы автоматизации проектирования современной элементной базы двойного назначения 9
1.1. Анализ современного состояния элементной базы 9
1.2. Современная методология проектирования и создания элементной базы 14
1.3 Анализ современных средств автоматизации проектирования элементной базы двойного назначения 21
1.4 Постановка задачи 33
Выводы первой главы 35
Глава 2. Типовая интегрированная среда автоматизации проектирования изделий микроэлектроники двойного назначения в дизайн-центрах 36
2.1 Методика автоматизации проектирования КМОП СБИС двойного назначения 36
2.2. Архитектура интегрированной информационной среды 46
2.3. Структура проблемно-ориентированного программного обеспечения для автоматизации проектирования в дизайн-центрах 52
2.4. Математические модели учета статических и импульсных видов радиации в КМОП-структурах 57
2.4.1. Моделирование радиационного накопления заряда в диэлектрике МОП-структуры при средних и высоких значениях мощности дозы 64
2.4.2. Моделирование накопления заряда в диэлектрике МОП-структуры при воздействии импульсного ионизирующего излучения 74
2.4.3. Моделирование накопления заряда в диэлектрике МОП-структуры при воздействии низкоинтенсивного ионизирующего излучения космического пространства 78
2.4.4. Выбор значений параметров, определяющих кинетику накопления заряда в диэлектрике при радиационном облучении 81
2.4.5. Моделирование процесса накопления поверхностных состояний 82
2.5. Моделирование радиационной реакции типовых элементов КМОП БИС на схемотехническом уровне 85
Выводы второй главы 89
Глава 3. Математическое обеспечение минимизации аппараткрных затрат при приектировании микросхем и интерации программного обеспечения 90
3.1. Математические модели минимизации аппаратных затрат при создании микросхем на основе программируемых логических матриц 90
3.1.1. Минимизация площади БМПУ для конъюнктивной формы логических условий 92
3.1.2 Минимизация площади ПЛМ при кодировании команд методом расширения кодов операций 97
3.1.3. Методы изменения количества входов и выходов ПЛМ для уменьшения площади БМПУ 103
3.2. Синтез проблемно-ориентированного программного обеспечения САПР 116
3.3. Особенности построения информационных средств 127
Выводы третьей главы 130
Глава 4. Особенности реализации разработанных средств и результаты внедрения 131
4.1. Особенности реализации автоматизации проектирования дизайн-центра 131
4.2. Структура проблемно-ориентированного программного обеспечения 135
4.3. Результаты внедрения и оценка эффективности разработанных средств 144
Выводы четвертой главы 156
Заключение 157
Литература
- Современная методология проектирования и создания элементной базы
- Структура проблемно-ориентированного программного обеспечения для автоматизации проектирования в дизайн-центрах
- Минимизация площади ПЛМ при кодировании команд методом расширения кодов операций
- Структура проблемно-ориентированного программного обеспечения
Введение к работе
Актуальность темы. Переход экономики страны на рыночные отношения потребовал коренной перестройки одной из ключевых отраслей - электронной промышленности (ЭП). Уровень её развития определяет научно-технический прогресс практически во всех сферах хозяйственной деятельности человека. В СССР ЭП в основном была ориентирована на решение задач создания элементной базы для военной техники и полностью финансировалась и управлялась государством. В переходной период предприятиям ЭП была предоставлена полная самостоятельность, и резко сократилось госбюджетное финансирование. В этих условиях многие из них были перепрофилированы или закрыты. Лишь своевременное вмешательство государства позволило сохранить основные предприятия ЭП. Ограниченное финансирование потребовало тщательного изучения мирового опыта проектирования и производства современных изделий микроэлектроники и его использования для перестройки научной и промышленной инфраструктуры ЭП.
Была поставлена задача создания сети специализированных дизайн-центров (ДЦ) и кремниевых мастерских (КМ), что позволило аккумулировать ограниченные финансовые средства для модернизации отечественного и закупки импортного оборудования для централизованного оснащения данных предприятий.
Дизайн-центр является сложным техническим комплексом для решения задач автоматизации проектирования специализированных СБИС. Он должен быть оборудован высокопроизводительным технологическим оборудованием, вычислительной техникой и программным обеспечением. Самые современные вычислительные машины и системы свободно продаются на мировом рынке и ими могут оснащаться создаваемые ДЦ и КМ.
Однако, новейшее технологическое оборудование и специализированное программное обеспечение, и в первую очередь, для автоматизации проектирования радиационно-стойкой элементной базы является самым оберегаемым секретом фирм-производителей.
Радиационно-стойкая элементная база в настоящее время в основном создается на основе КМОП технологии, так как она обеспечивает уникальные интегральные показатели: широкий спектр функциональных возможностей, низкую
потребляемую мощность, простоту изготовления и др. Задача проектирования данных СБИС требует решения широкого круга вопросов, связанных с исследованием параметров типовых элементов радиационно-стойких КМОП СБИС с учётом требований недавно принятого комплекса государственных стандартов (КГС) «КЛИМАТ - 7», разработки математических моделей и алгоритмов для обеспечения непрерывного процесса проектирования.
Поэтому актуальна задача создания проектной среды разработки специализированных КМОП СБИС двойного назначения, предназначенных для построения управляющих вычислительных комплексов, работающих в особо жёстких условиях: радиационных и электромагнитных воздействий, широком диапазоне температур, большой механической нагрузки и т.д.
Следует отметить, что аппаратура специального назначения имеет жесткие ограничения по массе, габаритам, потребляемой мощности и т.п., что накладывает такие же ограничения на элементную базу. Поэтому для СБИС не менее актуальна задача снижения этих показателей при обеспечении необходимой производительности, функциональных возможностей, надежности и стойкости. Фактически все эти характеристики связаны со степенью интеграции кристаллов, которая ограничена рамками существующего уровня технологии: конструкторско-технологическими ограничениями на минимальные размеры элементов, максимальными размерами кристалла и количеством выводов. В связи с этим важнейшей задачей проектирования специализированных КМОП СБИС и вычислительных средств на их основе является задача минимизации аппаратурных затрат, что обеспечит выполнение большего количества функций, увеличит быстродействие, повысит надежность, снизит потребляемую мощность и стоимость, увеличит процент выхода годных изделий при изготовлении.
Диссертация выполнена по программам важнейших работ Министерства образования и науки по планам НИР и ОКР ОАО «Ангстрем»: «База-А-ЦОС», «Интеграция», «Сердолик», «Сердолик-2», «Такт-технология», «Тополь 1839» и др., а также в соответствии с межвузовской научно-технической программой И.Т.601 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и научному направлению Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) «Разработка средств автоматизации управления и проектирования (в промышленности)», «Разработка математического обеспечения проектирования СБИС
двойного назначения» № ГР 1528/100031.
Цель работы состоит в создании комплекса методов, моделей, алгоритмов и программных средств проектирования специализированных КМОП СБИС двойного назначения типового ДЦ.
Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ современного состояния средств автоматизации проекти
рования, определить проблемы и направления их развития;
Сформулировать требования, целевые задачи, принципы построения и обосновать архитектуру технических средств автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС двойного назначения типового ДЦ;
Обосновать выбор структуры проблемно-ориентированной программной платформы автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС двойного назначения;
Разработать математические модели и алгоритмы моделирования радиационных физических процессов в активных компонентов СБИС, и минимизации аппаратурных затрат при проектировании микросхем;
Разработать средства интеграции набора прикладных пакетов с рациональным сочетанием возможностей разработанных и заимствованных программ для комплексной автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС двойного назначения;
Обосновать технологию формирования и осуществить реализацию лингвистического и информационного обеспечения;
Провести программную реализацию разработанных средств и их интеграцию в единую программную среду проектирования КМОП СБИС двойного назначения типового ДЦ;
С помощью разработанных средств разработать типовую библиотеку элементов КМОП СБИС, на основе которой провести проектирование радиационно-стойких микросхем, и таким образом, провести опытную эксплуатацию предложенных средств и оценить экономическую эффективность.
Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы: теория вычислительных систем, автоматизации проектирования, оптимизации; аппарат вычислительной математики, прикладной статистики. А также теория по-
строения программ; методы модульного, структурного и объектно-ориентированного программирования; имитационное, структурное, и параметрическое моделирование; экспертные оценки, вычислительные эксперименты.
Научная новизна. В результате проведенного исследования получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
принципы построения, архитектура технических средств ДЦ автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС, обеспечивших унификацию технического, математического и программного обеспечения и заложивших основу создания единого информационного пространства сети ДЦ и КМ;
математические модели типовых элементов радиационно-стойких КМОП СБИС, отличающиеся возможностью моделирования радиационных эффектов всех, указанных в КГС «Климат-7» статических видов излучения с помощью ограниченного набора характеристик (на основе эквивалентности их воздействия), учетом конструктивно-технологических решений, связанных с особенностями накопления заряда в элементах конструкции, универсальностью и адекватностью описания их характеристик на всех этапах иерархического процесса проектирования;
математические модели и алгоритмы минимизации аппаратных затрат и реализации на их основе блоков микропроцессоров, отличающиеся сокращением наборов операций и использования решений, подтвержденных авторскими свидетельствами и патентами;
средства интеграции прикладных пакетов для комплексной автоматизации проектирования КМОП СБИС двойного назначения, отличающихся рациональным сочетанием возможностей разработанных и заимствованных программ с автоматизированной адаптацией к особенностям объекта моделирования;
методика сбора, обработки, хранения, представления и обмена данными и особенности реализации лингвистических и информационных средств в рамках единого информационного пространства, соответствующих базовым принципам современных ИТ.
Практическая значимость и результаты внедрения. На основе предложенных решений созданы и внедрены программные средства комплексного проектирования КМОП СБИС двойного назначения в ДЦ ОАО «Ангстрем» (г.Зеленоград), реализованные на единой методологической платформе и позволяющие распространить их на предприятиях аналогичного профиля. Анализ ре-
зультатов внедрения показал высокую эффективность разработанных средств.
Предложенные средства создания радиационно-стойких изделий с минимизацией аппаратурных затрат использовались при создании типовой библиотеки элементов радиационно-стойких СБИС, что позволило спроектировать более 500 типовых элементов, благодаря чему была создана целая гамма СБИС.
Разработаны и внедрены обучаемые программно-аппаратные комплексы, которые эффективно используются для проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования, подготовки аспирантов, соискателей, а также для непрерывной переподготовки специалистов в ВГТУ на кафедре САПР.
Предложенные решения носят универсальный характер и могут использоваться при создании подобных систем в ЭП.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: коллегиях ряда Министерств РФ, семинарах и совещаниях Научного Совета «Федеральные проблемы создания элементной базы информационно-вычислительных и управляющих систем».
Результаты работы докладывались на: международных научно-технических конференциях по приборам ночного видения (Москва, 2004); «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва, 2005); «Наука и образование» (Воронеж, 2005); «50 лет модулярной арифметике» (Москва, 2005); российских конференциях «Информационные технологии» (Воронеж, 2005); «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2005); «Стойкость-2005» (Москва, 2005).
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 32 печатные работы, включая 6 работ, опубликованных в журналах рекомендованных ВАК, монографию и 8 авторских свидетельств и патентов России, США, Франции, Швеции.
В работах выполненных в соавторстве автору принадлежит более 50% процентов материала по основным научно-техническим решениям и эффективности их реализации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников. Материал диссертации изложен на 172 страницах.
Современная методология проектирования и создания элементной базы
Как уже указывалось в предыдущем разделе, в настоящее время произошли революционные изменения в области проектирования и создания микроэлементной базы.
Они обусловлены следующими взаимозависимыми причинами: усложнением и увеличением степени интеграции современных изделий микроэлектроники, освоением новых материалов и технологий, увеличением объема капиталовложений и затрат на проектирование и производство элементной базы, сокращением сроков разработки и снижением времени на поставку продукции.
В результате произошла структурная перестройка полупроводниковой отрасли, которая заключается в разделении труда и специализации предприятий между разработкой изделий электронной техники, их производством и продажей.
Предприятия, которые разрабатывали и изготавливали элементную базу, пришли к выводу, что дешевле сделать проектирование своими силами, а часть или все изготовление передать специализированным производственным компаниям. Последние, не проектируют продукцию, а только организуют быстрое ее изготовление по заказам.
В результате несколько организаций-разработчиков стали выполнять свои заказы на одном заводе-изготовителе. Проектирующие организации получили название дизайн-центры (ДЦ), а центры изготовления изделий микроэлектроники кремниевые фабрики (КФ) или мастерские. На рисунке 1.2 представлена схема традиционного и современного способа организации проектирования и производства изделий электронной техники [1].
Возможность такой структуры обеспечивается тем, что современное полупроводниковое производство достигло высокого уровня компьютеризации, обеспечившего ему стабильность и повторяемость процессов, малую зависимость производства от человеческого фактора; а стабильность и повторяемость процессов позволили предложить широкому кругу заказчиков стандартизированные спецификации для проектирования элементной базы.
Появление КФ коренным образом изменило структуру бизнеса в полупроводниковой промышленности. С их появлением многие компании, которые ранее занимались только проектированием и не имели производственных мощностей, существенно увеличили свои возможности. Эти компании в настоящее время имеют большое количество заказов, что в свою очередь приводит к росту производства продукции КФ, которая будет развиваться достаточно длительное время (в 2004 году этот рынок оценивается в 34 млрд. долл., а к 2010г. прогнозируется увеличение до 105 млрд. долл.).
Концентрируя производство для многих заказчиков в одном месте КФ могут аккумулировать необходимые инвестиции для поддержки высокого уровня полупроводникового производства, что крайне важно именно для микроэлектроники в силу значительных затрат на строительство и развитие современного микроэлектронного производства. Например, завод по производству полупроводни ковых пластин диаметром 200 мм с проектными нормами 0,18-0,25 мкм. стоит более 1 млрд.$. В мире около десятка таких полупроводниковых заводов.
Кремниевые фабрики уже созданы и эффективно работают во всех регионах мира. К числу самых больших можно отнести компании «TSMC» и «UMC» (Тайвань) и «Chartered Semiconductor» (Сингапур), которые за очень короткое время вошли в лидирующую десятку полупроводниковых фирм.
По мнению ведущего производителя продукции - фирмы «TMSC» (Тайвань) и аналитической фирмы «Dataquest», КФ имеют следующие преимущества: - более низкие финансовые потери и большую конкурентоспособность во время циклов спада, т.к. множество потребителей продукции КФ будут поддерживать достаточно высокий уровень загрузки КФ, чего нет при ориентации на одного или нескольких потребителей; - наименее рискованный и наиболее надежный способ вступления в индустрию СБИС, более низкие барьеры для входа в бизнес. Многие фирмы, не обладающие лидирующей технологией, способны вести успешный бизнес. - технология КФ имеет способность быстрого предоставления производственных (технологических) возможностей потребителю.
Активно начинает использоваться сеть «Internet» для передачи КФ заказов (шаблонов, библиотек и т.п.), которые в свою очередь, передают в ДЦ стандартизированные спецификации для проектирования последними СБИС. Эта модель взаимодействия резко расширяет количество потенциальных заказчиков, так как предоставляет широкий доступ к проектированию и изготовлению заказных СБИС, быстрый рост производства и получения прибыли.
Существуют модели взаимодействия с заказчиком, позволяющие взаимно пользоваться услугами интеллектуальной собственности (технологическими маршрутами, библиотеками элементов, конструкциями схем и т. д.), передавать их третьей стороне.
Структура проблемно-ориентированного программного обеспечения для автоматизации проектирования в дизайн-центрах
Как показал анализ, проведенный в первой главе, в настоящее время наиболее приемлемым вариантом создания средств автоматизации проектирования является синтез различных программных продуктов ведущих центров проектирования и собственных средств.
В качестве ядра САПР лучше всего выбрать САПР фирмы Cadence Design System, которая наиболее поддерживает концепцию проектирования ИС с высокой степенью интеграции, так как она максимально удовлетворяет требованиям дублирования интеллектуальных блоков и открытости. Дублирование осуществляется с использованием СФ-блоков. Открытость же системы реализацию собственных разработок в единой интегрированной системе.
Дополнением к данной САПР могут быть выбраны пакеты программ таких фирм как Synopsys, Avante!, Mentor Graphics и собственных разработок. Такое решение позволит снизить затраты на закупки САПР и реализовать необходимые возможности для проектирования разрабатываемой элементной базы.
Как известно, процесс проектирования должен осуществляться на системном, функционально-логическом, схемотехническом и технологическим или физическом уровнях, следовательно, программное обеспечение должно содержать средства моделирования: поведенческого; функционально-логического; схемотехнического; технологического уровней.
Поведенческое моделирование может осуществляться стандартными средствами и здесь менее всего требуется учесть эффекты радиации, температуры, механических нагрузок.
На функционально-логическом уровне проектирования должны быть средства анализа микросхемы на тестопригодность, функционально-логического моделирования, генерации тестов и анализа дефектов.
Воздействие внешних факторов в том числе и специальных на данном уровне моделируется изменением нагрузочных способностей типовых элементов микросхем, динамическими характеристиками и изменением уровней логического нуля и единицы, что приводит к появлению дополнительных неисправностей. Поэтому, помимо стандартных средств функционально-логического моделирования должны быть разработаны средства, позволяющие учесть данные эффекты.
Одним из важнейших средств учета радиационных эффектов является смешенное моделирование. Для этого все изделие разбивается на определенные блоки, при этом каждый из них может моделироваться логическим или электрическим симулятором. Смешенное моделирование появилось для изделий, имеющих аналоговую и цифровую часть. Однако его возможности стали широко использоваться для учета радиационных эффектов. Известно, что программы точного схемотехнического моделирования неспособны провести анализ всего изделия, из-за его большой размерности и, следовательно, электрическое моделирование всего изделия по частям позволит осуществить учет радиационных эффектов.
На схемотехническом уровне должно осуществляться как точное моделирование на основе элементарных типовых элементов: диодов, транзисторов, емкостей и т.п., так и ускоренное схемотехническое моделирование всего изделия. Ускоренное моделирование необходимо из-за ограничений программ точного моделирования вследствие размерности изделий. Однако, ускоренное моделирование обладает недостатком связанным со снижением достоверности моделирования. В последнее время ускоренное моделирование стало широко использоваться для ге нерации тестов необходимых при точном электрическом моделировании, поэтому программные средства должны содержать эту возможность.
Именно этот иерархический уровень является базовым для учета всех радиа ционных эффектов. Полученные динамические характеристики, изменения выходных напряжений передаются на функционально-логический уровень и учитываются на поведенческом уровне. Поэтому здесь должны быть предусмотрены программные модули учета всех специальных видов воздействия, включая радиацию. Причем данные программы должны работать как автономно, так и в составе средств схемотехнического моделирования. Расчет ионизационных и структурных эффектов должен базироваться на особенностях электрической схемы, технологии и конструкции и поэтому он должен быть интегрирован с программами
схемотехнического моделирования. Тепловые и термомеханические эффекты могут рассчитываться автономно и передавать данные в программы схемотехнического моделирования.
Технологический уровень должен содержать все необходимые средства редакторов, топологической верификации проекта, возможности для подготовки управляющих файлов с целью их передачи на «кремниевые фабрики», причем с возможностями перевода библиотек элементов и изделий в целом на различные технологические основы, что позволит переводить изделия на библиотеки любых фабрик.
Минимизация площади ПЛМ при кодировании команд методом расширения кодов операций
При проектировании МК и МП СБИС стоит задача разработки системы команд, при этом стремятся максимально сократить разрядность команды для уменьшения объема памяти и разрядности магистрали между процессором и памятью. Поэтому для кодирования систем команд часто применяют метод расширенных кодов операций, дающий хорошие результаты по уменьшению разрядности команды [87-89]. Метод основан на том, что кроме кода операции в каждой команде имеется информация об адресации операндов и следующей команды. Причем все множество команд можно разбить на подмножества для кодирования информации об адресации, в каждом из которых потребуется различное количество разрядов. Кодирование команд методом расширения кодов операций осуществляется следующим образом: выбирают подмножество команд для кодирования информации об адресации, в котором требуется максимальное количество разрядов LA. Если это подмножество включает М различных операций, то для кодирования кода операции в команде отводят поле разрядов длины Li=]log2(M+l)[, т.к. один код выделен для расширения кодов операций. Общая разрядность команды при этом равна L= LA + Lj . Далее из оставшегося множества команд выбирают еще одно подмножество, для кодирования информации об адресации в котором требуется максимальное количество разрядов Ьдь Количество разрядов команды, которое отводят под коды операций второго подмножества команд равно Ьд -LAI- Таких операций может быть 2LA"LA1 - 1, т.к. один код опять выделен для расширения кодов операций и т.д. Таким образом осуществляется иерархическое разбиение на поля кодов операций и, тем самым, расширение кодов операций (таблица 3.1.).
При расширении кодов операций переход к тому или иному типу адресации осуществляется в том случае, если в части полей кодов операций, имеющих более высокий уровень иерархии, коды совпадают с выделенными кодами, а код в поле, соответствующем именно этому типу адресации, не равен выделенному коду.
Применим методику введения промежуточных состояний для такого варианта логических условий и оценим при этом площадь ПЛМ.
Пусть SJO некоторое состояние БМПУ, из которого под воздействием множества логических условий Xjj={x ,jkk=ui} автомат переходит в множество состояний Sj={sjkk=i+L}. При таком переходе на выходах БМПУ образуется множество
ВЫХОДНЫХ фуНКЦИЙ Yij={yijkk=l+l} . Введем некоторые ограничения: 1. Среди множества всевозможных микрокоманд Y={yi І =i+t} существует такая микрокоманда Y, подача которой не изменяет состояние операционного автомата. 2. Множеству входных логических условий Xjj={xjJkk=i+i} соответствует некоторое множество логических условий {ЧЛ ы}, причем каждое логическое условие хук,вызывающее переход из состояния SioB состояние Sjk равно:
Отметим, что для реализации на ПЛМ функции vj/k потребуется т логических произведений, что следует из теоремы де Моргана. Таким образом общее количество логических произведений для реализации фрагмента графа переходов равно і 2m k к=1 при этом увеличение площади ПЛМ составляет h ASi (2-(L+r)+N) Sm к (3.8) k=l
Введем в фрагмент графа переходов промежуточные состояния (рисунок 3.6), переход в которые осуществляется по воздействием множества логических условий \/, а именно переход в состояние SJI осуществляется под воздействием условия vj/i; в состояние SJ2 по воздействием уі.ц/2 и т.д. На выходах БМПУ сформируем при этом микрокоманду Y_. Для реализации на ПЛМ переходов из состояния S io в состояние S І = {sjkk=i+h} требуется h логических произведений, увеличение разрядности RCA при этом будет не ]log2h[, a h. Коды на h выходах RCA сформируем следующим образом - истинность логического условия i/i вызывает появление "1" в первом разряде, щ - "1" в k-ом разряде. Тогда состояния Sj ={sikk=i h} будут закодированы следующим образом: 12 3 h Sn=0XX...X Si2=l 0Х...Х Sih= 111...0 Переход из состояний Sj в состояния Sj, который выполняется во втором цикле работы ПЛМ, требует также h логических произведений, причем он вызван лишь кодом внутреннего состояния и не зависит от входных логических условий. Увеличение площади ПЛМ равно: 100 AS2 (2-(L+r)+N) 2h + 3h(p+2h) (3.9) Так как количество полей в команде при расширенном кодировании невелико (24-3) и количество разрядов в поле (mk) также невелико (34-5), то площади ASi и AS2 могут быть сравнимы, поэтому необходимо анализировать конкретную ситуацию.
Если допустимо снижение быстродействия БМПУ, можно ввести многократное выполнение переходов из состояния S io в состояние S j. Введем для этого 2h промежуточных состояний. Переход из некоторого состояния S i;k,i в состояние Sj;k+i,iHJIH Sj,k+ i,o выполняется под воздействием логического условия \/к +1. На выходах БМПУ при этом формируется микрокоманда Y_. Переход из состояния S ,0 в состояние S jtk выполняется безусловно. Фрагмент соответствующего графа переходов изображен на рисунке 3.5 Кодирование промежуточных состояний S; БМПУ можно осуществлять различными способами, при этом необходимо обеспечивать при переходе из состояния S j5k,i в любом разряде RCA появление "1" при истинности логического условия vj/k +1 и "0" - в противном случае.
Структура проблемно-ориентированного программного обеспечения
Для создания проблемно-ориентированного программного обеспечения по проектированию БИС, с учетом радиационных воздействий модифицирована подсистема автоматизированного проектирования БИС в части моделирования радиационных эффектов и минимизации аппаратурных затрат при разработке микросхем на основе программируемых логических матриц [102-106].
Создано три комплекса программ: учета радиационных эффектов и оптимизации состава программного обеспечения САПР и минимизации аппаратурных затрат при разработке микросхем на основе программируемых логических матриц. Данные программные комплексы практически не связаны между собой и работают автономно.
Расчет необходимых характеристик радиационного воздействия осуществляется с помощью комплекса программ RAD (рисунок 4.1).
Основное внимание при создании средств моделирования базовых элементов КМОП БИС двойного назначения уделялось разработке математических моделей, а для решения задач собственно моделирования на различных уровнях адаптиро ваны известные средства поведенческого, функционально-логического и генерации тестов, схемотехнического, топологического проектирования.
При адаптации указанных средств проведена их модификация с целью повышения их эффективности и в первую очередь снижение вычислительных затрат на расчет для обеспечения решения задач моделирования базовых элементов "в реальном масштабе времени" (под "реальным масштабом времени" здесь понимается соизмеримость с временем анализа пользователем-системотехником варианта решения, предлагаемым ЭВМ).
Центральным звеном средств моделирования является монитор системы, с помощью которого осуществляется взаимодействие всех программных модулей системы, в том числе и с операционной системой.
В систему включены программные модули: расчета параметров радиационного воздействия, электропараметров микросхем при воздействии радиации, расчета аппаратных затрат, температурного поля, интерфейса пользователя и обучающая подсистема.
Для моделирования тепловых эффектов применятся стандартный комплекс программ IRBIC, который работает как в составе подсистемы, так и автономно. Данный комплекс реализован на программном языке C++ и состоит из 5 модулей. Он необходим в силу того, что в соответствие с комплексом государственных стандартов «Климат-7» оценка стойкости проводится в наихудшем тепловом режиме. Поэтому прежде чем проводить оценку стойкости изделия необходимо рассчитать температурное поле, соответствующее наихудшему режиму.
Моделирование поведения изделия при радиационном воздействии определяется следующим образом. Модуль DMD производит расчет внутренней дестабилизирующей обстановки, характерной для кристалла. Вначале по заданным характеристикам внешней дестабилизирующей обстановки определяются характеристики полей ионизирующих излучений, воздействующих на изделие, температурный режим, механические нагрузки.
Результатом является численные значения уровней потоков частиц, ионизирующих и электромагнитных излучений их временные и спектральные характеристики, изменение температурных полей и механических напряжений во времени. Полученные результаты пересчитываются в значения дозы и мощности дозы как функции времени со своими спектрально-энергетическими характеристиками, которые учитывает уровни защиты и тип корпуса. Этот модуль написан на языке Visual Basic и состоит из 2 блоков: DMD_ION, DMD_ST. Блок DMD_ION определяет изменение мощности дозы во времени, а блок DMD_ST дозы.
Данные характеристики позволяют рассчитать электрофизические параметры типовых элементов микросхем, что осуществляется с помощью модуля PAR. Полученные результаты являются входной информацией, на основании которой производится расчет поведения типовых элементов в зависимости от радиационного воздействия. Этот расчет осуществляется стандартными программами схемотехнического моделирования.
Общий просмотр результатов для рассчитываемых изделий осуществляется программой POISK. Данный вариант вывода позволяет создать библиотеку рассчитанных значений, что исключает необходимость повторных расчетов, а также позволяет оперативно находить и сравнивать результаты расчета для различных изделий.
Для работы с данным комплексом предусмотрен интерфейс пользователя -INTER, который позволяет вводить необходимые, управлять процессом расчета и выводить данные на монитор для просмотра, в файл и на принтер. Учитывая сложность работы с данным комплексом также используется в нем предусмотрен блок справочной информации.
