Введение к работе
Данная диссертационная работа посвящена вопросам разработки инструментальных программных средств, позволяющих оценить переходные процессы в проектируемых интегральных схемах ( ИС ), и, тем самым, дать объективную оценку динамики нового проекта ИС путем его логического моделирования на базе персональных ЭВМ PC AT. Предложенные инструментальные средства доведены до промышленного внедрения при логическом проектировании современных ИС - перепрограммируемых логических интегральных сред (ПЛИС).
Актуальность темы. В настоящее время одним из путей увеличения производительности вычислительных и управляющих цифровых систем, в том числе систем, реального времени, является повышение быстродействия используемых ИС, особенно ПЛИС, позволяющих эффективно использовать принцип временной декомпозиции при реализации сложных алгоритмов. Каждый элемент ПЛИС, выпускаемый в настоящее время промышленностью, представляет собой ИС, настраиваемую на любую булеву функцию от четырех переменных. Элементы ПЛИС с помощью коммуникационной структуры объединяются в интегральную среду, реализующую заданную систему булевых функций. При повышении быстродействия, время срабатывания элементов ИС становится сравнимо с длительностью ложных сигналов, возникающих из неодновременного переключения входных каналов элемента ИС ( явление риска, состязания ), что повысило опасность нарушения закона функционирования спроектированной ИС.
Учитывая, к тому же, что на ранних этапах ( алгоритмическом, абстрактном и этапе размещения нетерминальных символов ) проектирование ИС осуществляется без учета переходных процессов, т.е. в статическом режиме, необходимость разработки инструментальных программных средств оценки динамических свойств ИС на этапе логического премирования является актуальной задачей. В дальнейшем, информация о проявлении аномальности динамических свойств существенно используется при моделировании ИС на этапе схемотехнического проектирования.
Работа выполнялась в рамках раздела 3.1 " Прикладные программные средства" комплексной целевой программы АН СССР и
Министерства электронной промышленности " Развитие программных средств для персональных ЭВМ до 2000 г. " , темы 12.9.1.1.15 " Создание элементов автоматизированного проектирования и управления горнодобывающими предприятиями " программы АН СССР исследований в области естественных наук до 2000 г., раздела 6 " Разработка теоретических основ проектирования и создания автоматизированных и роботизированных технологай добычи и переработки твердых полезных ископаемых ", федеральной научно-технической программы " Океантехника ", а так же, в рамках хоздоговорных работ.
Цель работы состоит в разработке математического обеспечения и программной реализации инструментальной среды, построенной на базе персональных ЭВМ PC AT, в рамках которой созданы программные средства оценки переходных процессов в ПЛИС на этапе логического проектирования.
Идея работы заключается в раскрытии объективных причин возникновения ложной информации во время переходных процессов в ИС, основанных на учете как функциональных, так и топологических свойств ИС и формировании соответствующего критического подпространства.
Методы исследования базируются на использовании теории дифференцирования булевых функций, теории графов, характеризационного анализа и микроэлектроники.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:
-
Предложен графово-трассовый подход к оценке переходных процессов в интегральных структурах, основанный на введенном понятии "трасса" и расширенной гипотезе Мишры-Кларка.
-
Найдены объективные условия возникновения ложной информации во время переходных процессов при переключении двух, трех,..., К вх ( К вх - входной коэффициент элемента) входных каналов выходного элемента ИС, основанные на учете функциональных свойств выходного элемента.
-
Предложены эффективные алгоритмы формирования критического подпространства, пара точек которого соответствует возможному появлению ложной информации на выходных каналах ИС; алгоритмы основаны на учете топологических свойств ИС, на задании булевых функций в виде .рафов Кенига и построении соответствующего антисиндрома.
-
Найдена характеризация линейности введенного графа связности критических пар терминальных символов, на основе которой предложен алгоритм оптимального расширения нелинейного графа связности при его линеаризации.
-
Предложены количественные оценки переходного процесса в ИС и алгоритм их вычисления. Оценки основаны на мультипликативном функционале, учитывающем распределение трасс в булевом пространстве, относительную частоту их появления и временной деба-ланс активизируемых цепей в спроектированной ИС.
Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается: -использованием в проводимых исследованиях булева и характеризационного анализа, а так же, теории графов и микроэлектроники, - положительными результатами внедрения в промышленность разработанных инструментальных программных средств оценки переходных процессов в ПЛИС, реализующих нейронную технологию.
Практическая значимость работы состоит:
в разработке программных средств оценки переходных процессов
в ПЛИС на этапе логического проектирования ( операционные
модули ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ, РИСК, ТРАССА,
АНТИСИНДРОМ, ПРОТИВОРЕЧИЕ, СВЯЗНОСТЬ,
ЛИНЕАРИЗАЦИЯ, ОЦЕНИВАНИЕ, ВС-программа (Входная Сигнальная программа )), образующих инструментальную среду в персональных ЭВМ PC AT, в которой успешно решаются задачи:
нахождения критического подпространства с целью борьбы с аномалиями динамического поведения ИС (риск, состязание ) при асинхронной реализации
оценки динамических свойств проекта ПЛИС на этапе логического проектирования
во внедрении разработанных программных средств в практику реального автоматизированного проектирования на промышленных предприятиях, о чем имеются соответствующие акты о внедрении. Эксплуатация этих, средств показала их высокую эффективность в повышении динамического качества спроектированной ИС и в значительном уменьшении
(практически на несколько порядков) времени логического моделирования динамики ИС.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 9-м Всесоюзном симпозиуме " Логическое управление в промышленности " ( г. Ташкент, 1986 г. ), семинаре " Системные средства САПР " в Российском доме знаний ( г, Москва, 1988 г.)', 10-м - 14-м Всесоюзных симпозиумах " Логическое управление с использованием ЭВМ " (- г. Устинов, 1987 г., г. Орджоникидзе, 1988 г., г. Симферополь, 1989 г., г. Симеиз, 1990 г., г. Феодосия, 1991 г.). Всемирных Конгрессах ITS-92 " Information Communications, Nets, Systems and Technologies " ( г. Москва, 1992 г,) и ITS-93 (г.Москва, 199*3).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в пятнадцати публикациях, в том числе в двух отчетах по НИР. Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 121 страница машинописного текста состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 63 наименований, 18 рисунков, I таблицы.
