|
Оглавление
 Введение.........................................................................................5 Глава 1. Средства моделирования для функциональной верификации синхронных цифровых устройств..................7 1.1. Спецификации на проектирование и VHDL-описания цифровых устройств........................................................................7 1.2. VHDL-модели и тестирующие программы.................................17 1.3. Система Questa Sim. Моделирование с помощью скриптов......22 1.4. Генерация псевдослучайных тестов.............................................27 1.5. Покрытие VHDL-кода....................................................................58 Глава 2. Верификация VHDL-описаний комбинационной логики.........................................................66 2.1. VHDL-описания систем полностью определенных булевых функций...........................................................................66 2.2. VHDL-описания систем неполностью определенных булевых функций...........................................................................79 2.3. Структурные описания комбинационных логических схем...........................................................................105 2.4. Алгоритмические описания блоков комбинационной логики..............................................................109 2.5. Перепроектирование комбинационных логических схем ........ 114 Глава 3. Верификация VHDL-описаний логических схем с памятью и конечных автоматов...............................130 3.1. Структурные описания логических схем с элементами памяти....................................................................130 3.2. VHDL-описания конечных автоматов........................................140 3.3. Задача нахождения цикла в ориентированном графе...............171 3.4. Нахождение энергоемких тестов для логических схем, реализующих конечные автоматы..............................................185 Глава 4. Верификация VHDL-описаний сетей синхронных конечных автоматов........................................205 4.1. Операционное устройство - композиция конечного автомата и арифметико-логического устройства......................................205 4.2. Сеть конечных автоматов с общими входами...........................224 Глава 5. Верификация и схемная реализация VHDL-описаний параллельных алгоритмов логического управления.........................................................254 5.1. Параллельные автоматы..............................................................255 5.2. Верификация параллельных автоматов.....................................261 5.3. Синхронная VHDL-модель параллельного автомата...............268 5.4. Секвенциальный автомат............................................................284 5.5. Представление сети автоматов в виде одного параллельного автомата..............................................................292 5.6. Функциональные возможности программы QPralu.................303 Заключение................................................................................314 Список основных сокращений и имен.................................315 Литература................................................................................318 Введение
Проблема верификации исходных спецификаций цифровых устройств и систем, реализуемых на цифровых сверхбольших интегральных схемах (СБИС), является в настоящее время одной из важнейших для проектировщиков цифровой аппаратуры и разработчиков систем автоматизированного проектирования (САПР). В данной книге в качестве верифицируемых проектов цифровых устройств рассматриваются их VHDL-описания, а под верификацией понимается проблема проверки соответствия VHDL-описаний спецификациям на проектирование. Язык VHDL широко используется в качестве языка исходного описания проектов при создании разнообразной электронной аппаратуры на современной элементной базе СБИС, таких как заказные цифровые СБИС, системы-на-кристалле и программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Выбор класса синхронных схем обусловлен тем, что современные системы синтеза (синтезаторы) логических схем реализуют функциональные VHDL-описания в виде синхронных логических схем в заданных библиотеках проектирования. Описываемые в книге средства функциональной верификации VHDL-описаний синхронных цифровых устройств базируются на моделировании - основном, используемом на практике направлении верификации, для чего применяются соответствующие системы моделирования. В качестве системы моделирования всех представленных в книге VHDL-описаний использовалась система Questa Sim (ф. Mentor Graphics). Выбор данной системы обусловлен не только ее широким распространением, но и тем, что в ней имеются средства для анализа покрытия VHDL-кодов при моделировании; кроме того, в ней можно проверять истинность ассертов - строгих утверждений о функциональных свойствах проекта. В книге рассматриваются VHDL-модели синхронных цифровых устройств и методики их функциональной верификации. Основное внимание уделяется верификации VHDL-описаний блоков управляющей логики и функциональных блоков, реализующих арифметико-логические устройства. Рассматривается генерация управляемых псевдослучайных тестов. Предлагаются программные средства формирования (по результатам верификации блоков проекта) компактных функциональных тестов, которые требуются для проведения комплексной верификации всего проекта в целом. Такая верификация осуществляется после выполнения независимой верификации блоков VHDL-проекта. Рассматриваются способы описания и верификация комбинационных блоков с неопределенностью поведения, функционирование таких блоков описывается системами неполностью определенных логических функций. Представленный подход к верификации может быть ориентирован на применение относительно простых систем моделирования и может заменить дорогостоящие системы верификации в тех случаях, когда сложность отдельного управляющего блока ограничена несколькими десятками состояний, что покрывает многие области практических применений. При изложении материалов предполагается, что читатели знакомы с основами языка VHDL в рамках стандартов VHDL'1993, VHDL'2008 и имеют определенные знания, требуемые для разработки моделей цифровых устройств. Заметим, что последние стандарты VHDL и соответствующие VHDL-пакеты во многом ориентированы на верификацию и открывают новые возможности для моделирования и верификации VHDL-описаний цифровых устройств. Полезным при чтении данной книги будет знакомство также с материалами сайта www.bsuir.by/vhdl/, посвященного языку VHDL, на котором размещены различные методические материалы и примеры VHDL-программ. Номера рисунков, таблиц, листингов, формул «привязаны» к номеру соответствующего раздела книги.
Об авторах
 Бибило Петр Николаевич Доктор технических наук, профессор. Его основные научные работы относятся к теории дискретных устройств и автоматизации проектирования дискретных устройств и цифровых сверхбольших интегральных схем (СБИС), применению методов искусственного интеллекта в системах автоматизированного проектирования (САПР). Считает, что успешное развитие микроэлектроники связано с разработкой и внедрением в практику проектирования новых архитектур САПР, использующих экспертные знания о маршрутах и объектах проектирования. Уделяет большое внимание подготовке студентов и специалистов-разработчиков, читает курсы лекций в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники, является инициатором создания русскоязычного Интернет-сайта по языку VHDL.
 Авдеев Николай Александрович Кандидат технических наук. Его основные научные интересы связаны с разработкой проектов цифроаналоговых микросхем, методами синтеза логических схем в различных технологических базисах, а также средствами верификации проектов СБИС на основе современных информационных технологий проектирования.
 Романов Владимир Ильич Кандидат технических наук, доцент. Его основные научные интересы связаны с разработкой инструментария для решения задач логико-комбинаторного характера, разработкой программного обеспечения САПР дискретных устройств и применения в них методов искусственного интеллекта. В Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники читает курс лекций «Проектирование программ в интеллектуальных системах».
|