Назад в библиотеку

ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ САПР УСТРОЙСТВ С ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКОЙ

Автор:В.В. Лисяк, Н.К. Лисяк
Источник: Известия ЮФУ. Технические науки

Аннотация

Рассмотрены программные продукты, предназначенные для проектирования электронных устройств на базе ПЛИС (FРGА, программируемая логика) с использованием большого набора процессорных ядер, VHDLввода проекта и VHDLмоделирования для многих типов программируемых интегральных схем. Информация в статье приводится на период до 2013 года и содержит сведения о производителях программных продуктов САПР так или иначе представленных в России. Формализация процедур структурного синтеза в общем случае затруднительна, поэтому для их эффективного выполнения обычно используют специализированные программы, ориентированные на ограниченный класс проектируемых схем . Характерные особенности технологии изготовления и проектирования имеют микропроцессоры и схемы памяти, заказные и полузаказные СБИС, в том числе программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Эти особенности обусловливают различия в методах проектирования схем и требуют их отражения в применяемом математическом и программном обеспечении ECAD. Кратко рассмотрены программные продукты в области проектирования электронных устройств на базе ПЛИС (FРGА, программируемая логика) и предназначенные для проектирования на схемотехническом уровне с последующей передачей данных в программы, создающие печатные платы или ПЛИС; отладки процессорных ядер на уровне исходных кодов; создание проектов на кристаллах всех ведущих производителей с легким переходом с выбранного кристалла на другой кристалл; логического и физического синтеза высокопроизводительных ПЛИС типа CРLD и FРGА

Введение

Значительным стимулом для прогресса автоматизации проектирования в электронике (ECAD – Electronics Computer Aided Design) стали разработка и развитие технологии, схемотехники и системотехники интегральных схем. В настоящее время на рынке интеллектуальных технологий имеется большое число программ ЕСАВ, причем процесс обновления состава ПО в САПР ведущих фирм происходит весьма динамично.

Системы ЕСАВ совершенствовались параллельно с прогрессом микроэлектроники. В электронике наиболее наукоемкими процедурами, насыщенными сложным математическим обеспечением, являются процедуры проектирования СБИС. В значительной мере методы, алгоритмы, языки, ориентированные на проектирование СБИС, могут применяться и в маршрутах проектирования радиоэлектронных устройств, в которых микросхемы составляют элементную базу.

Формализация процедур структурного синтеза в общем случае затруднительна, поэтому для их эффективного выполнения используют специализированные программы, ориентированные на ограниченный класс проектируемых схем . Характерные особенности технологии изготовления и проектирования имеют микропроцессоры и схемы памяти, заказные и полузаказные СБИС, в том числе программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Эти особенности обусловливают различия в методах проектирования схем и требуют их отражения в применяемом математическом и программном обеспечении ECAD.

В качестве ПЛИС широко используют программируемые логические схемы CPLD (Complex Programmable Logic Device) программируемые логические схемы и программируемые вентильные матрицы FPGA (Complex Programmable Logic Device). В случае использования CPLD для отражения структуры конкретной схемы в инвариантном по отношению к приложению множестве функциональных ячеек требуется выполнить заключительные технологические операции металлизации. В случае схемы FPGA программатор, согласно заданной программе, просто расплавляет имеющиеся перемычки или, наоборот, их создает, локально ликвидируя тонкий изолирующий слой. Следовательно, при использовании CPLD и FPGA необходимо с помощью САПР выбрать систему связей между ячейками программируемого прибора в соответствии с реализуемыми в схеме алгоритмами и синтезировать программы управления программатором или заключительной операцией металлизации. Ячейки могут быть сложными логическими схемами, вентилями или даже отдельными транзисторами. На производстве кристаллов ПЛИС специализируется ряд фирм (Xilinx Inc., Altera, Actel и другие) и зачастую они поставляют программное обеспечение для синтеза схем на производимых ими кристаллах.

Основными производителями программных продуктов для проектирования электронных устройств на базе ПЛИС являются фирмы Mentor Graphics Corp., Aldec, Ins. и Xilinx Inc. (США) и фирма Altium Limited (Австралия). Информация в статье приводится на период до 2013 года и содержит сведения о программных продуктах этих производителей, представленных в России.

В работе кратко рассмотрены программные продукты в области проектирования электронных устройств на базе ПЛИС (FРGА, программируемая логика) и предназначенные для:

На рис. 1 показаны производители и их программные продукты в области проектирования электронных устройств на базе ПЛИС, а ниже приводится краткое описание их основных возможностей и особенностей. При подготовке обзора использованы источники [2–12].

Рис. 1 – Программные продукты проектирования электронных устройств на базе ПЛИС

Рис. 1 – Программные продукты проектирования электронных устройств на базе ПЛИС

Программные продукты компании Altium Limited, Австралия

Altium Desinger. Представляет собой комплект известных программ компании Altium Limited, предназначенный для комплексного проектирования электронных устройств на базе схем программируемой логики (ПЛИС).

В комплект входят следующие программы:

CircuitStudio. Программа предназначена для моделирования и анализа целостности сигналов и позволяет выполнять проектирование на схемотехническом уровне с передачей данных в программы, создающие печатные платы или ПЛИС.

Программа интегрирована в Ргоtel. В настоящее время программа предлагается в комплекте Altium Designer.

Позволяет вводить в проект VHDLописания. Имеется поддержка поведенческого VHDLмоделирования. В CircuitStudio имеются общие с Ргоtel библиотеки, которые позволяют присоединить к одному УГО неограниченное количество корпусов, SРIСЕмоделей, моделей для анализа целостности сигналов.

Цифроаналоговое проектирование осуществляется по принципиальной схеме. Среди средств анализа имеется и метод МонтеКарло. Всего более 16000 математических моделей.

Программные продукты компании Aldec, Ins., США

ActiveHDL. Программа предназначена для проектирования цифровых устройств и является полностью интегрированной средой разработки цифровых устройств на основе текстовых HDL описаний. Создание проектов, моделирование для многих типов программируемых интегральных схем ПЛИС. Программа поддерживает средства синтеза и размещенияразводки для основных производителей ПЛИС (FPGA). Имеется возможность использовать встроенный генератор IРблоков для создания таких моделей, как: арифметические функции, фильтры, последовательностная логика, блоки памяти, конверторы кодов, элементы для построения тестов, промышленные приложения.

Встроенная функция Code2Graphics может генерировать графическое представление проектов, сделанных на языках VHDLили Verilog. Code2Graphics анализирует исходные файлы на указанных зыках или формате EDIF и затем генерирует один или более файлов блокдиаграмм, в зависимости от количества проектных объектов, модулей или элементов.

Программа содержит прекомпилированные библиотеки производителей ПЛИС. Выполненные проекты могут быть экспортированы в файл формата НТМL. ActiveHDL полностью совместима с системой моделирования Riviera, которая позволяет производить моделирование на платформах Linux и Uniх.

RivieraIРТ. Программа предназначена для аппаратнопрограммного моделирования и является средой моделирования, позволяющей для ускорения верификации размещать проект целиком или частично на платах прототипах. Это дает значительный прирост производительности в сравнении с обычной программной верификацией и значительно ускоряется процесс верификации ASIC и FРGА (ПЛИС) проектов.

Программные продукты компании Mentor Graphics Corp., США

Precision Synthesis. Комплексное средство логического и физического синтеза высокопроизводительных ПЛИС типа РLD и FРGА, оптимизированное с точки зрения простоты использования и высокого качества результатов.

Поддерживает работу с многомиллионными программируемыми системами на кристалле (FPSоС) последнего поколения. Получает входные данные в виде описания на VHDL или Verilog и реализует синтез логической схемы с учетом заданных ограничений на основе встроенных библиотек изготовителей.

Пакет имеет встроенную систему статического временного анализа, возможность анализа и отладки в инкрементном режиме и интуитивный пользовательский интерфейс, позволяющий легко управлять процессом синтеза, как опытному инженеру, так и новичку. Precision RTL Synthesis включает уникальный алгоритм оптимизации – Architecture Signature Extraction (A.S.E.). Алгоритм автоматически выделяет в проекте наиболее критичные области, ограничивающие производительность всей системы, такие как конечные автоматы, логические пути между различными уровнями иерархии проекта или логические пути с очень большим количеством комбинационной логики. Алгоритм A.S.E. использует эвристический анализ в автоматическом режиме для уменьшения объема проекта и увеличения его производительности без необходимости ручного вмешательства пользователя.

Программные продукты компании Xilinx Inc., США

СhipSсоре Рго. Программа СhipSсоре Рго обеспечивает внутрисхемную отладку ПЛИС FРGА фирмы Xilinx. Работает посредством внедрения в проект IРядер логического анализатора, шинного анализатора и виртуального ввода/вывода, позволяя наблюдать за любым заданным внутренним сигналом или узлом, включая встроенные аппаратные или софтпроцессоры. Сигналы захватываются со скоростью, допустимой хосткомпьютером, и передаются через интерфейс JTAG, освобождая таким образом программируемые выводы ПЛИС для использования разработчиком. Следует отметить, что по интерфейсу JTAG производится и загрузка конфигурационной последовательности в ПЛИС, соответственно для отладки не требуется какоелибо дополнительное оборудование. Захваченные сигналы могут быть проанализированы с помощью логического анализатора, входящего в состав СhipSсоре Рго. Связь отлаживаемой платы с компьютером осуществляется через отладочный кабель фирмы Xilinx.

СhipSсоре Рго также совместима по интерфейсу с тестовым оборудованием компании Agilent, что позволяет обеспечить больше памяти для хранения данных тестирования, более высокие тактовые частоты и другие дополнительные возможности и, кроме того, задействует для своей работы всего несколько выводов FРGА. Для работы программы СhipSсоре Рго необходим пакет ISE Foundation или WebPack соответствующей версии.

ЕDК. Xilinx Embedded Development Kit (ЕDК) – интегрированный программный пакет для сквозной разработки встраиваемых программируемых процессорных систем на базе ПЛИС Xilinx. Пакет включает программное средство Platform Studio, всю необходимую документацию и IРядра, которые могут потребоваться для разработки встраиваемых систем на основе FРGА фирмы Xilinx с встроенными аппаратными ядрами процессора РоwегРС и/или софтпроцессорами МiсгоВ1аzе. Для работы пакета ЕDК необходим пакет ISЕ Founddation или ISЕ WebPack соответствующей версии.

Р1аnАhеаd. Программное обеспечение Р1аnАhеаd позволяет разработчикам через анализ топологии кристалла повышать производительность проектов. Р1аnАhеаd упрощает переход между синтезом и трассировкой проектов, обеспечивая существенное уменьшение количества и длительности итераций повторного проектирования. Р1аnАhеаd предоставляет возможность взглянуть изнутри на процесс размещения и трассировки и быстро проверить «а что будет, если?», предлагая таким образом быстро идентифицировать и устранить проблемы. В сочетании с ISЕ 8.li можно получить до 30 % прироста производительности по сравнению с аналогичными решениями, в то время как для сложных проектов с несколькими тактовыми доменами можно ожидать до 56 % прироста.