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集成电路IP质量管理与度量:软件工程角度的研究

周萌  
【摘要】:科学理论的不断突破将工程技术带到一个又一个新的高度,而工程技术的成功应用则离不开工程学的指导。在计算机技术领域内有计算机工程和软件工程,生物技术领域内有生物工程和遗传工程。但是作为软件产业的第一近邻,集成电路产业至今没有独立的工程学。 集成电路制造技术的发展速度是任何其他技术领域所罕见的,给集成电路的设计能力带来了持久的巨大压力。半个世纪以来,人们为提高设计能力不懈地努力着,包括电子设计自动化工具(EDA)、设计方法学、硬件描述语言(HDL)等,但至今没有系统的工程学研究。本文尝试借鉴软件工程学的成功经验,探讨建立集成电路工程学的可能性,提出了以软件工程学为参考系的集成电路工程学研究方法。在具体研究内容上,以软件过程管理与质量度量方法学为参考,以全面质量管理理念为核心,将质量模型、质量度量和质量改进方法等工程技术应用于集成电路IP的设计流程与评测过程中。 本文的主要工作和取得的主要成果如下: 1.首次从工程学角度研究了集成电路设计能力间距,系统地概述了集成电路设计领域与软件工程之间存在的技术转移,从工程管理层面上给出了集成电路工程学研究的基本方法; 2.在集成电路工程学框架内,论文对集成电路IP质量管理过程进行了深入的研究。提出了集成电路IP质量的两级定义。将软件测量和度量理论模型移植到集成电路IP领域,首次提出了包括五类质量活动在内的集成电路IP质量管理系统,为控制和改进集成电路IP质量提供了理论指导。以质量活动定义为线索,对现有研究进行了系统分类及综述; 3.基于软件质量定义模型结构,提出一个适用于集成电路IP质量标准定义的质量模型。首次提出了IP质量模型的关系数据库实现方法,在此基础上研究了基于Web的质量认证系统实现过程; 4.定义了集成电路IP的黑盒评测过程,在对软件组件工程深入研究的基础上,将其组件评测的理论和方法应用在集成电路IP黑盒评测过程中。实现了基于可交付项的IP质量评测框架,首次提出使用层次分析法来改进IP质量评测中数据处理过程的思想,改进后的数据分析方法在结果的准确性和有效性方面有了较大改善; 5.定义了一组反映设计质量的度量,提出了设计质量控制策略概念。首次提出并定义了基于XML Schema的标准化度量数据描述格式,并以该数据格式为核心,实现了在设计流程中自动化收集与分析度量数据的应用系统,在不同平台下的实验表明该系统具备较强的扩展性和可用性; 6.首次将软件重构技术用于集成电路IP质量改进活动中。参考软件重构过程定义了一个规范化的集成电路IP质量改进流程。以硬件描述语言为目标,定义了硬件代码基本重构操作,并将其应用于硬件微架构改进过程中。最后以超宽带无线通信系统中的Viterbi解码器为例,对重构方法的相关应用进行了研究和分析。 论文建立的IP质量评测系统和度量程序正在应用于国家集成电路公共服务平台,论文提出的数据描述标准等项内容目前正在“工信部集成电路IP标准工作组”-“国家集成电路公共服务平台”"IEEE-QIP质量标准工作组”的框架下深入研究。


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