СВЯЗЬ ПРОЕКТНОЙ ПРОБЛЕМЫ С ВЫБОРОМ САПР
Первый этап выбора требует определения — пользоваться ли САПР фирмы-производителя выбранного класса программируемой БИС ПЛ ("Xilinx","Altera",AMDи др.) или воспользоваться услугами системы проектирования ведущих мировых производителей САПР:"Synopsys","Cadence","VievLogic" и еще многих других. Фирмы — производители схем ПЛ (типа "Xilinx" или " Altera ") чаще всего монополизируют возможность и право программирования БИС и поэтому при применении САПР фирм — производителей САПР как минимум на заключительных этапах их использования приходится пользоваться услугами САПР фирм — производителей схем ПЛ.
Если проектировщик решился на совместную работу с несколькими САПР (что авторам представляется в современных условиях более предпочтительным), то их выбор все равно остается достаточно многовариантной проблемой. Ни одна из САПР не является пред- почтительной для всех пользовательских приложений.
Стратегия фирм — производителей БИС ПЛ и САПР модифицировалась во времени. До начала 1990-х гг. фирмы ориентировались на узко направленную деятельность. Каждая фирма имела свою узкую cпецифическую направленность в которой и концентрировались все усилия фирмы, чтобы обеспечить свое лидирующее положение в выбранной нише. В 1990-х годах началось более тесное взаимодействие фирм между собой. Практически все САПР стали предусматривать возможности взаимного обмена проектной информацией на любом из этапов проектирования. Технической основой этого ин формационного обмена явилось введение и поддержка стандартов языков. Промышленным стандартом стал язык EDIF с версиями 2.0.0 и 3.0.0. Для большинства САПР пред полагается взаимодействие с помощью различных языков описания соединений (в том числеVHDL, Verilong и т. д.).
С середины 1990-х гг. начался этап совместных разработок в области САПР. В настоящее время эта тенденция сохраняется и заключается е кооперации усилий различных фирм при разработке САПР; при этом каждая фирма реализует тот фрагмент САПР, в котором она является общепризнанным лидером; важно, что при этом весь информационный поток проектирования становится единым и все этапы проектирования оказываются взаимосвязанными. Так, например, результаты моделирования работы какой-либо схемы отображаются не только в окне диалога временного моделирования, но отображаются и на электрической схеме, которая создавалась на этапе ввода информации о проекте.
Примерами кооперационных САПР являются САПР для продукции фирмы «Xilinx» - Foundation 1.4 и 1.5, которые представляют собой результат совместной разработки фирм «Xilinx», «Aldec» и «Synopsys». Аналогичное решение принято и фирмой «Altera» теперь проектировщик может выбрать для повышения эффективности компиляции проектов, написанных на языках VHDL, Verilong HDL либо САПР FPGA express фирмы «Synopsys»,а для эффективного моделирования ориентироваться на пакет Model Sim фирмы «Model Technology» (подразделение фирмы «Mentor Graphics». Хотя подобное слияние является вполне обоснованным и ожидаемым, тенденция обращения к специализированным САПР (на определенных этапах проектирования и в определенных ситуациях) будет, по-видимому, сохраняться и в дальнейшем. Еще более критичным оказывается вариант выбора САПР при желании обеспечить сквозное проектирование, когда в одной САПР совмещаются средства различных уровней проектирования (например, проектирования конфигурации ПЛ и проектирования печатной платы, на которой БИС ПЛ будет находиться, или проектирование конфигурации ПЛ и моделирование её работы совместно с цифроаналоговыми элементами).Типичным представителем САПР для смешанного или иерархического проектирования являются САПР фирм «ViewLogic» или ОгСАD. Рассмотрим в качестве типового примера состав, назначение и особенности реализации средств, входящих в САПР WorkView Office фирмы «ViewLogic».
WorkView Office является законченной системой программного обеспечения (для РС платформ, работающих под W'95,98 или NT), ориентированной на автоматизацию различных уровней проектирования электронных схем. WorkView Office имеет программу-оболочку навигатор проектов (в других САПР это может быть менеджер проектов), позволяющую управлять потоком проектирования как с точки зрения последовательности выполнения частей пользовательского проекта, так и с точки зрения привлекаемых стандартных библиотек. С информационной точки зрения, САПР представляет собой классическую трехступенчатую систему (ввод, обработка и верификация), предназначенную для различных видов обрабатываемой информации на каждой ступени проектирования. Так, вводимая информация может описывать схему электронного блока и предназначаться для моделирования поведения этой схемы (цифровой, аналоговой или смешанной), или для компиляции в выбранный тип ПЛ, или для разводки печатной платы.
В зависимости от целевого назначения на следующем этапе обработки информации проектировщик пользуется соответствующей компиляционной процедурой разводки печатной в выбранный тип БИС ПЛ или подготовки к моделированию.
И, наконец, на третьем этапе осуществляется верификация готового проекта.
При необходимости моделирования работы аналоговых или смешанных (аналого-цифровых) систем обычно используются современные версии профессиональной программы PSpise A/D, входящей в состав пакета Design Lab. Распространение имеют и другие программы (например, Мiсго-Сар фирмы "Spectrum Software"). Однако программный комплекс корпорации "Micro Sim" под названием Design Lab 8.0 используется для сквозного проектирования аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств, синтеза устройств программируемой логики аналоговых фильтров. Введение в комплекс интерфейса с другими САПР ПЛ позволил создать систему, позволяющую разрабатывать схемы, включающие CPLD и FPGA различных фирм, моделировать на ПК их поведение совместно с другими аналоговыми и цифровыми компонентами, разрабатывать печатные платы и на заключительном этапе повторять моделирование с учетом паразитных эффектов, соответствующих свойствам реальных образцов выходной продукции.
Таким образом, если предполагается совместное проектирование цифровых и аналоговых (в том числе и цифроаналоговых и аналого-цифровых) фрагментов или комплексный (сквозной) подход к проектированию, то проектировщик стоит перед выбором САПР ряда фирм «Micro Sim», «ViewLogic» или OrCAD.
На выбор САПР может оказывать влияние необходимость использования результатов проектирования для различных технологических форм реализации конечной продукции. Так, если после этапа выпуска опытных образцов на базе БИС ПЛ предполагается дальнейшая реализация проекта в виде заказной БИС, то переход от ПЛ к такой форме будет наиболее простым, если при разработке и той и другой формы проекгировщик будет ориентироваться на САПР одной и той же фирмы. Такие возможности (с гарантией работоспособности проекта при другой технологии изготовления) предоставляют такие фирмы как "Synopsys", "Cadence"(выбор конкретной фирмы может определяться как типом полузаказной или заказной БИС, так и просто симпатиями проектировщика).
Важнейшей характеристикой САПР БИС ПЛ является эффективность компиляции. Хотя рекомендуется всегда стараться при проектировании занимать под проект не более 90% ресурсов используемой БИС ПЛ (т. е. оставлять минимальные резервы для возможных модификации), стоимость БИС следующего варианта логической мощности (а иногда и отсутствие БИС с требуемым быстродействием) заставляет разработчика пытаться «уложиться в ресурсы БИС минимально допустимой логической мощности. Одним из возможных вариантов, способствующих достижению этой цели, может оказаться использование САПР фирм "Exemplar Logic","Symplicity" обеспечивающих для проектов, написанных на языках VHDL или Verilog HDL, как правило, самые высокие показатели по эффективности компиляции (Минимальность затрачиваемых логических ресурсов и быстродействие проекта).
Существенное влияние выбор САПР оказывает и на эффективность верификации проектов. Этап отладки готового проекта традиционно (как было показано для типовых МП-систем) поддерживался средствами САПР, не является исключением и отладка проекта, загруженного в БИС ПЛ. Современная тенденция заключается во введении в перечень функций, выполняемых САПР, функций, способствующих упрощению процедуры отладки готового проекта. Например, в САПР QUARTUS фирмы "Altera" предусматривается наличие всех трех составляющих такой процедуры: отладочных средств, помещаемых в отлаживаемую БИС/СБИС информационно транспортировочных средств связывающих отлаживаемую БИС и ПК с САПР программных средств в составе САПР управляющих и отображающих результаты отладки. Средства так называемого Signal Tap Logic Analysis позволяют регистрировать состояния не только на контактах ПЛ, но и во внутренних точках ПЛ в реальном масштабе времени, занося эту информацию в память ПЛ, передавать со храненную информацию в компьютер с помощью интерфейса JTAG и отображать эту информацию в редакторе временных диаграмм для просмотра, анализа и отладки схемы в БИС.
Еще более сложные средства отладки требуются для БИС, совмещающих в одном кристалле устройства различной природы, например, реализованных по схеме МР+FРGА, как в приборах семейства Е5 типа SОС (системы на кристалле) фирмы "Triscend". Здесь не обходимо отметить возможность обеспечения одинаково эффективной отладки не только МП-ядра (на базе МСS 52) и аппаратного ядра системной логики (типа FPGA), но и их связи между собой за счет введения в архитектуру специального устройства отладки. Организация такой смешанной отладки опирается на возможности, предоставляемые как архитектурой кристалла, так и собственно САПР Triscend FastChip.
Не менее сложные средства отладки потребуются для отладки смешанных БИС, на пример, в анонсируемых фирмой "Atmel"приборах, реализующих в одном кристалле интерфейс РСI и логику FPGA.
Внешне значительно проще выглядит отладка систем типа SOPC, относящихся к классу Generic, (например, схем фирмы "Altera"), в которых объединяются МР-ядра того или иного типа (начиная от8-разрядных МСS 8052 и кончая 32-разрядными RISC-архитектурами) и другие части проекта, реализованные в рамках единой технологии программируемой логики. Однако, поскольку реально верификация совместной работы МР-программы и элементов периферийных устройств осуществляется в рамках типового редактора временных диаграмм САПР МАХ+PLUSII, формирование даже относительно короткой последовательности команд МР может быть серьезно затруднено сложностью подготовки исходной ин формации.
Следующим фактором является наличие или возможность использования стандартных решений. Этот момент также может оказаться решающим при выборе САПР. Ситуация не сколько улучшается и сглаживается с помощью создания переносимых проектных решений (например, записи функционирования на одном из вариантов языков описания аппаратуры VHDL, Verilong или EDIF). Однако специфика внутренней организации БИС ПЛ может приводить в таком случае к получению после компиляции не самых эффективных решений (если, конечно, в записи конструкции не учтена такая специфичность).