Введение к работе
Актуальность работы. Современный этап развития средств электронной и вычислительной техники характеризуется двумя противоречивыми тенденциями:
- с одной стороны, растет их сложность и ужесточаются требования,
предъявляемые потребителями к быстродействию, надежности, энергопо
треблению, стоимости;
- с другой, их жизненный цикл существенно сокращается.
Поскольку, в связи с этим, особое значение приобретает время выхода на рынок с новым изделием, то сроки, установленные на проведение разработки и макетирования, становятся все более сжатыми, а требования, предъявляемые к качеству новых изделий, все более жесткими. Способом разрешения данного противоречия является использование новейшей элементной базы и соответствующих средств автоматизации проектирования.
Одним из наиболее перспективных путей развития электронной техники в настоящее время является применение программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
ПЛИС представляют собой элементную базу, обладающую гибкостью заказных больших интегральных схем (БИС) и доступностью традиционной "жесткой" логики. Главным отличительным свойством ПЛИС является возможность их настройки на выполнение заданных функций самим пользователем. Современные ПЛИС характеризуются низкой стоимостью, высоким быстродействием, значительными функциональными возможностями, многократностью перепрограммирования, низкой потребляемой мощностью и др. При этом время разработки на основе ПЛИС даже достаточно сложных проектов может составлять всего несколько часов. Доказательством перспективности новой элементной базы может служить ежегодное появление новых имеющих более совершенную архитектуру, поколений ПЛИС, а также постоянно растущий объем их выпуска. В связи с этим, в числЬ нциЬо^е.^Ш'альных выдвигается
проблема создания эффективных методов автоматизированного проектирования цифровых интегральных радиоэлектронных устройств (ИРЭУ) на базе ПЛИС, а также критериев и моделей оптимизации конструкций на их основе.
Цель работы. Цель данной диссертационной работы состоит в разработке эффективных методов синтеза электронных устройств на ПЛИС, сокращении сроков проектирования и расширении функциональных возможностей существующих систем автоматизированного проектирования (САПР) ПЛИС.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются задачи разработки:
- математических моделей, описывающих функционирование устройств
управления, входящих в состав специализированных ИРЭУ;
методов автоматического синтеза специализированных ИРЭУ на ПЛИС;
методов минимизации площади кристалла ПЛИС на этапе функционально-логического проектирования;
алгоритмов автоматизации проектирования специализированных ИРЭУ на ПЛИС;
программного обеспечения, реализующего предложенные в работе методы и алгоритмы.
Научная новизна данной диссертационной работы заключается в разработке эффективных методов и алгоритмов автоматизированного проектирования цифровых ИРЭУ, реализуемых на ПЛИС. Для этого в работе были:
-
Предложены декомпозиционные методы оптимизации конструкции цифровых ИРЭУ.
-
Разработаны математические модели методов оптимизации и методика проектирования на их основе.
-
Разработаны алгоритмы последовательной и параллельной декомпозиции цифровых устройств (ЦУ) на основе нового критерия оценки сложности реализации устройства.
-
Разработаны методы и критерий кодирования состояний конечного автомата, позволяющие минимизировать площадь кристалла.
5. Разработаны алгоритмы, позволяющие эффективно решать задачи функционального и конструкторского синтеза ПЛИС.
Практическая ценность результатов работы:
Разработан программно-методический комплекс синтеза моделей специализированных ИРЭУ с использованием декомпозиционных методов оптимизации конструкции, позволяющий:
синтезировать в автоматизированном режиме модель цифрового устройства на языке описания аппаратуры высокого уровня;
повысить эффективность использования площади кристалла ПЛИС за счет применения оптимизации на основе методов функциональной декомпозиции;
- сократить сроки и трудоемкость проектирования специализированных
ИРЭУ благодаря применению средств автоматического синтеза описаний проекта;
- расширить функциональные возможности существующей САПР ПЛИС и
удобство подготовки исходных данных для топологического синтеза;
Апробация и внедрение результатов работы.
Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях в период с 2001 по 2004 года.
Разработанные в диссертационной работе модели, алгоритмы, программные и методические средства использовались при выполнении научно-исследовательских и проектных работ с участием автора.
Основные результаты работы внедрены на предприятии ОАО "НИИ Кулон", г. Москва.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в трех работах.
На зашиту выносятся:
-
Теоретическое обоснование метода оптимизации конструкции специализированных цифровых устройств на этапе структурного синтеза.
-
Математические модели и критерии оптимизации специализированных цифровых устройств на базе ПЛИС.
-
Методы параллельной и последовательной декомпозиции специализированных ЦУ на базе ПЛИС на основе предложенного критерия оценки сложности реализации устройства.
-
Структура специализированной САПР устройств управления на базе ПЛИС, алгоритмы и программы ее реализации.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 157 страницах и иллюстрированных 74 рисунками и 2 таблицами, а также списка литературы из 67 наименований.
