Systematischer Entwurf Digitaler Systeme

ISBN-13: 9783519022657 / Niemiecki / Miękka / 1989 / 357 str.

Franz J. Rammig

Opis

Dieses Buch versucht, eine durchgangige Systematik des Hardwareent wurfs uber verschiedene Abstraktionsebenen hinweg darzustellen. Da bei wird von einem abstrakten Modell des Entwurfsvorgangs als uber mehrere Abstraktionsebenen reichender ruckgekoppelter Prozess aus gegangen. Auf der Basis dieses Modells werden verschiedene Klas sen von Entwurfsaktivitaten identifiziert. Es sind dies: Modellierung, Modifikation/Optimierung, Implementation und Verifikation. Die ver schiedenen Abstraktionsebenen (Systemebene, algorithmische Ebene, Registertransfer-Ebene, Gatterebene, Schalterebene/ Ebene des sym bolischen Layouts, elektrische/Layout-Ebene) werden in verschiedenen Sichten (Verhalten, Struktur, Geometrie, Test) charakterisiert. Dient das erste Kapitel dazu, eine allgemeine Systematik des Hardwareent wurfs zu entwickeln, so werden in den weiteren Kapiteln verschiedene Entwurfsaktivitaten beispielhaft diskutiert. Das Kapitel 2 ist den verschiedene Methoden der Hardwaremodellie rung gewidmet. Nach einem allgemeinen Uberblick wird darin exempla risch die Breitband-Hardwarebeschreibungssprache DACAPO detail lierter eingefuhrt. Dies erlaubt, uber verschiedene Aspekte des Hard wareentwurfs in einheitlicher Terminologie zu sprechen, und zwar nicht nur uber Hardwarebeschreibungen auf unterschiedlichen Abstraktions ebenen, sondern auch uber verschiedene Algorithmen des Entwurfs prozesses. Im Kapitel 3 (Implementierungsaktivitaten) wird mit besonderem Au genmerk der Ubergang von der algorithmischen auf die Registertrans ferebene behandelt. Aber auch verschiedene Methoden des Steuerwerks entwurfs und der Ubergang auf die Gatterebene finden Berucksichti gung. Ein ausfuhrliches Entwurfsbeispiel soll zur Illustration dienen. Optimierungsverfahren (Kapitel 4) werden hauptsachlich auf der Regi stertransferebene, aber auch auf der algorithmischen und Gatterebene diskutiert. Auch hier wird ein Beispiel exemplarisch durchgefuhrt. Das Kapitel 5 ist der Verifikation/Evaluation/Validierung gewidmet

Spis treści

1 Entwurfsprozeß.- 1.1 Makroskopisches Modell des Entwurfsprozesses.- 1.2 Abstraktionsebenen.- 1.3 Mikroskopisches Modell des Entwurfsprozesses.- 1.4 Literatur.- 2 Modellierungskonzepte und Entwurfssprachen.- 2.1 Modellierungskonzepte.- 2.1.1 Objektorientierte Modellierung.- 2.1.2 Imperative Sicht.- 2.1.2.1 Zeitbehaftete Interpretierte Petri-Netze.- 2.1.2.2 Communicating Sequential Processes (CSP).- 2.1.3 Reaktive Sicht.- 2.1.4 Stimulierte Gleichungen.- 2.1.5 Modellierungskonzepte und Abstraktionsebenen.- 2.2 Sprachkonzepte.- 2.2.1 Dedizierte Sprachen.- 2.2.1.1 Dedizierte Sprachen für die Systemebene.- 2.2.1.2 Dedizierte Sprachen für die algorithmische Ebene.- 2.2.1.3 Dedizierte Sprachen für die Registertransferebene.- 2.2.1.4 Dedizierte Sprachen für die Gatterebene.- 2.2.1.5 Dedizierte Sprachen für die Schalterebene/Symbolisches Layout.- 2.2.1.6 Dedizierte Sprachen für die Elektrische/Layout-Ebene.- 2.2.2 Sprachfamilien.- 2.2.3 Breitbandsprachen.- 2.3 Die Hardwarebeschreibungssprache DACAPO III.- 2.3.1 DACAPO III Grundlagen.- 2.3.2 Beschreibungen in DACAPO III auf der algorithmischen Ebene.- 2.3.3 Beschreibungen in DACAPO III auf der Systemebene.- 2.3.4 Beschreibungen in DACAPO III auf der Registertransferebene.- 2.3.5 Beschreibungen in DACAPO III auf der Gatter/Schalterebene.- 2.3.6 „Behavioral“-Beschreibungen in DACAPO III.- 2.4 Literatur.- 3 Implementationsaktivitäten.- 3.1 Systemebene zur algorithmischen Ebene.- 3.2 Algorithmische Ebene zur Registertransferebene.- 3.2.1 Monolithische Dekomposition.- 3.2.1.1 Ein vollständiges Beispiel zur monolithischen Dekomposition.- 3.2.2 Parallele Dekomposition.- 3.2.3 Hierarchische Steuerwerksdekomposition.- 3.3 Registertransferebene zur Gatterebene.- 3.3.1 Steuerwerksentwurf.- 3.3.1.1 Fest verdrahtete Implementierung von Steuerwerken.- 3.3.1.1.1 Implementierung in krauser Logik.- 3.3.1.1.2 Implementation durch Array-Logik.- 3.3.1.2 Mikroprogrammierte Steuerwerksimplementation.- 3.3.2 Datenpfadentwurf.- 3.4 Literatur.- 4 Optimierungsaktivitäten.- 4.1 Optimierung auf der Systemebene.- 4.2 Optimierung auf algorithmischer Ebene.- 4.2.1 Optimierung von Basisblöcken.- 4.2.2 Optimierung von Schleifen.- 4.3 Optimierung auf der Registertransferebene.- 4.3.1 Eine Heuristik zur Zustandsminimierung von Steuerwerken.- 4.3.1.1 Beispiel einer Optimierung auf RT-Ebene.- 4.4 Optimierung auf der Gatterebene.- 4.5 Literatur.- 5 Evaluierung, Validierung, Verifikation.- 5.1 Formale Verifikation.- 5.1.1 Formale Verifikation von Verhaltenseigenschaften.- 5.1.2 Verifikation des Zeitverhaltens getakteter Systeme.- 5.2 Simulation.- 5.2.1 Generierung ausführbarer Objektmodelle und deren Ausführung.- 5.2.1.1 Interne Modellierungskonzepte.- 5.2.1.1.1 Abbildung Algorithmischer Konstrukte von DACAPO III.- 5.2.1.1.2 Abbildung von DACAPO III-Konstrukten der Systemebene.- 5.2.1.1.3 Abbildung von DACAPO-Konstrukten auf Registertransferebene.- 5.2.1.1.4 Abbildung von DACAPO-Konstrukten auf Gatter/Schalterebene.- 5.2.1.2 Simulationstechniken.- 5.2.1.2.1 Streamline Code Simulation (SCS).- 5.2.1.2.2 Äquitemporale Iteration (EI).- 5.2.1.2.3 Critical Event Scheduling (CES).- 5.2.2 Simulationsszenarios.- 5.2.2.1 Modellierung der Umgebung.- 5.2.2.2 Ergebnisanalyse.- 5.2.3 Mehrebenensimulation.- 5.2.3.1 Multisimulatoransatz.- 5.2.3.1.1 Datenaustausch.- 5.2.3.1.2 Synchronisation.- 5.2.3.1.3 Benutzerschnittstelle.- 5.2.3.2 Breitbandsimulatoren.- 5.3 Literatur.- 6. Testmethoden.- 6.1 Begriffsbestimmungen.- 6.2 Strukturorientierte Testverfahren.- 6.2.1 Fehlermodelle.- 6.2.2 Testmustererzeugung für das Haftfehlermodell.- 6.2.3 Fehlersimulation.- 6.2.3.1 Fehlersimulation mit dem SCS-Algorithmus.- 6.2.3.2 Fehlersimulation mit dem CES-Algorithmus.- 6.2.3.2.1 Parallele Fehlersimulation.- 6.2.3.2.2 Deduktive und Concurrent-Fehlersimulation.- 6.3 Funktionsorientierte Testverfahren.- 6.4 Testfreundlicher Entwurf.- 6.4.1 Strukturelle Maßnahmen zur Erhöhung der Testbarkeit.- 6.4.2 Selbsttest.- 6.5 Literatur.