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集成电路工程学及IP评测技术的研究

张溯  
【摘要】: 集成电路是现代电子信息技术的核心和基础,它关系到国家的经济安全和国防安全。随着半导体工艺的飞速发展,基于IP重用的SoC设计技术正逐渐成为集成电路设计业的主流技术。但是,与其他产业一样,这种新兴的技术必须在完善的工程学理论和方法的指导下,才能科学地发展。由于工程学是一门博大精深的学科,本文只重点研究了基于重用的集成电路工程学的体系和过程,并在该框架内着重研究了IP质量和质量评测方法。 本文基于以下科研项目撰写:国家863计划项目“超大规模集成电路IP核接口及相关设计技术”(项目编号:863-SoC-Y-3-1);国家863计划项目“高性能CPU和SOC关键设计技术及开发环境研究——集成电路IP核评测技术”(项目编号:2002AA1Z1733),以及科技部重要标准研究专项“集成电路IP核技术标准研究”(项目编号:2002BA906A07)。论文的主要工作和取得的成果如下: 1.论文充分借鉴于成熟的软件工程学,首次提出了集成电路工程学概念。同时,在对基于IP重用和基于平台的SoC设计方法学研究基础上,对基于重用的集成电路设计过程进行了建模,提出了PED模型。集成电路工程概念的提出为设计领域内原本无序的活动的科学化和理论化提供了一个框架。 2.在集成电路工程学框架内,论文对IP的质量保证和质量评测技术进行了深入的研究,提出了IP质量的定义,并使用数学方法对IP质量进行了建模,以描述缺陷的产生、演变和消亡的过程和内在规律。该模型为定量地分析、控制和改善工程生产过程,从而达到提高产品质量的目的提供了理论依据。 在集成电路设计领域内,首次提出了层次化的IP质量评测模型,并据此建立了IP质量评测标准的框架和基本思路。该评测模型可以作为国家“集成电路IP标准工作组”制定IP质量评测标准的参考和依据。 提出了使用脚本语言构建IP质量自动评估平台的方法,并通过实际工业项目验证了平台的实用性和有效性。 3.定义了IP可重用性的概念,对现有IP的重用类型进行了分类,并在此基础上提出了可重用性评测技术分类法和IP黑盒度量方法。这些定义、分类法和度量法为筹建国家IP评测中心提供了理论依据。 提出了若干实用的IP软核可重用性间接度量方法,并在工业案例中作了定性和定量的验证。理论和验证结果都显示在所选取的度量指标和可重用性之间存在着较高程度的关联。在对现有IP评估方法研究的基础上,提出了改进的IP软核可重用性评估方法。改进后的方法较之现有方法在评分方法和结果数据分析等方面有了较大的改善。 这部分研究内容为实施信息产业部“集成电路IP开发服务平台”(国家IP库)等国家级重大项目提供了理论依据。 4.作为理论的验证,论文讨论了符合PVCI标准的外设总线与C*Core系统总线之间桥电路的设计方法。使用LOC作为度量指标定量地测量了总线桥IP参数化设计结果和非参数化设计结果的可重用性,并进而研究了第四章中提出的间接度量指标对IP可重用性带来的影响。 论文提出了基于PVCI标准的IP封装电路的合成算法,为集成具有不同引脚结构、数据宽度和通讯协议的IP,并保持相互之间正确通讯提供了有效途径。该算法已经应用于包括影 H合肥工业大学博士学位论文 像接口IP封装在内的多个工业设计中,为理论的工业应用提供了范例。 5.作为理论的验证,论文讨论了可重用功能验证平台中总线功能模型的设计方法。研究 了基于任务和基于状态机两种实现方式在可重用性、可维护性方面的区别,并通过实验定量 地比较了两者在模拟性能上的差异。 论文讨论了可重用验证平台中监视器的设计,提出了总线时序约束检验功能的设计方法, 以及监视器的可重用性设计规则,为科学地设计平台监视器提供了一个范例。 论文建立的集成电路工程学概念和框架,以及基于重用的集成电路工程学体系和IP质量 及其评测方法是在863等三项国家项目的执行过程中提升出的理论,并正在国家IP库建设、 国家集成电路IP标准工作组等多个项目中推广应用。作者领导的研究组将继续在集成电路工 程学方向上开展工作,为早日实现集成电路工程的科学化管理而努力。


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