簡(jiǎn)指令微處理器（RISC）的全流程設(shè)計(jì).pdf

1、當(dāng)代超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)日趨成熟。微處理器，特別是嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以其低功耗、高性能之特征發(fā)展迅速。簡(jiǎn)指令CPU(RISC)作為嵌入式系統(tǒng)業(yè)已成為SOC(片上系統(tǒng))研究與開(kāi)發(fā)的技術(shù)熱點(diǎn)。 本課題完成了基于MIPSII指令系統(tǒng)的32位簡(jiǎn)指令微處理器全流程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，由系統(tǒng)級(jí)硬件描述、仿真與綜合驗(yàn)證，直至布局布線(xiàn)及布局優(yōu)化。本項(xiàng)研究所實(shí)現(xiàn)的一體化設(shè)計(jì)流程，反映出筆者在超大規(guī)模SOC設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行的努力

2、和嘗試。特別是在設(shè)計(jì)流程的組織上所表現(xiàn)出的創(chuàng)新點(diǎn)。本課題所進(jìn)行的設(shè)計(jì)流程應(yīng)用到諸多Synopsys公司的前端和后端設(shè)計(jì)工具。主要應(yīng)用到VCS(驗(yàn)證仿真)、DESIGNCOMPILE(邏輯綜合)、FORMALITY(形式驗(yàn)證)、PHYSICALCOMPILE(物理綜合)、FLOORPLANCOMPILE(布局規(guī)劃)、CTS(時(shí)鐘樹(shù)生成)、PRIMTIME(靜態(tài)時(shí)序分析)、STAR-RCXT(寄生參數(shù)提取)及ASTRO(布局布線(xiàn))等軟體。

3、 首先，設(shè)計(jì)起始于代碼級(jí)的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證，隨后進(jìn)行了邏輯綜合?；诿娣e約束和時(shí)序約束，進(jìn)行面積和時(shí)序的邏輯約束，進(jìn)入物理設(shè)計(jì)流程。物理設(shè)計(jì)流程以物理綜合著手，以IO單元、兆單元、行通道生成的次序進(jìn)行布局規(guī)劃，完成時(shí)鐘樹(shù)的綜合，進(jìn)而使用ASTRO進(jìn)行布局布線(xiàn)。 本工作在布局布線(xiàn)階段，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了靜態(tài)時(shí)序仿真和寄生參數(shù)的提取，并根據(jù)仿真結(jié)果和參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了再規(guī)劃和細(xì)化調(diào)整，并對(duì)邏輯網(wǎng)表和Verilog描述、布圖規(guī)劃之后的網(wǎng)表及門(mén)

4、級(jí)網(wǎng)表、物理綜合后的網(wǎng)表及布圖規(guī)劃后的網(wǎng)表，以及時(shí)鐘樹(shù)綜合后的網(wǎng)表與物理綜合后的網(wǎng)表進(jìn)行了形式驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)整個(gè)流程的調(diào)整，對(duì)影響信號(hào)完整性、串繞和寄生參數(shù)的流程進(jìn)行了重點(diǎn)分析和解決，增加信號(hào)線(xiàn)間的間距，采用屏蔽措施，并采用參數(shù)提取和參數(shù)分析工具來(lái)檢測(cè)易出現(xiàn)信號(hào)完整性問(wèn)題的區(qū)域，選擇出其中的區(qū)域并加以解決。在驅(qū)動(dòng)器選擇中，采用緩沖器來(lái)分割長(zhǎng)線(xiàn)，減小線(xiàn)的長(zhǎng)度和耦合電容，將緩沖器輸入端的負(fù)載降低到單個(gè)負(fù)載的水平，確保在緩沖器布局布線(xiàn)過(guò)程中做較

5、小的改動(dòng)就可以確保底層規(guī)劃和優(yōu)化的實(shí)施。筆者在設(shè)計(jì)流程中加入了靜態(tài)時(shí)序分析步驟，用以處理噪聲和延遲問(wèn)題。將解決串?dāng)_和時(shí)序的步驟集成到同一流程中。經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)和設(shè)計(jì)，最終成功的完成了RISC的全流程設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所進(jìn)行的諸多研究與工作具有一定的系統(tǒng)性和可操作性。為日后進(jìn)行更大規(guī)模的64位簡(jiǎn)指令微處理器的設(shè)計(jì)打下了良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。本項(xiàng)研究進(jìn)行的過(guò)程中，得到了中芯國(guó)際集成電路制造有限公司、泰鼎多媒體技術(shù)(上海)有限公司的技術(shù)支持