Tài liệu Thiết kế vi mạch VLSI ASIC (P1) doc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.81 MB, 30 trang )
Ê Ế CSSCÊ Ế CSSC
THI
Ê
T K
Ế
VI MẠ
C
H VL
S
I A
S
I
C
THI
Ê
T K
Ế
VI MẠ
C
H VL
S
I A
S
I
C
Tài liệuthamkhảo:
“
ASIC
lập
trình
được
”
Tống
Văn
On NXB
Thống
Kê
2004
-
ASIC
lập
trình
được
,
Tống
Văn
On
,
NXB
Thống
Kê
,
2004
-“Thiếtkế hệ thống VLSI”, Đinh Sỹ Hiền, NXB ĐHQG TPHCM
- “The VLSI Handbook”, Wai Kai Chen
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 11
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
ChươngChương
11
TỔNGTỔNG
QUANQUAN
ChươngChương
11
TỔNGTỔNG
QUANQUAN
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11 22 LýLý dodo đểđể VLSIVLSI đượcđượcchọnchọnvàvà phátphát triểntriển
11
33
ASICASIC
làlà
ì?ì?
11
33
ASICASIC
làlà
g
ì?
g
ì?
11 44 FPGAFPGA làlà gì?gì?
11 55 NguyênNguyên lýlý lậplậptrìnhtrình chocho vivi mạchmạch
11
66
SoSo
sánhsánh
vớivới
lậplập
trìnhtrình
phầnphần
mềmmềm
11
66
SoSo
sánhsánh
vớivới
lậplập
trìnhtrình
phầnphần
mềmmềm
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 22
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
SSISSI
(Small(Small
ScaleScale
IntegrationIntegration
––
MạchMạch
tíchtích
SSISSI
(Small(Small
ScaleScale
IntegrationIntegration
MạchMạch
tíchtích
hợphợpcỡcỡ nhỏ)nhỏ) 19701970
TrênTrên
mạchmạch
chỉchỉ
cócó
thểthể
chứachứa
đượcđược
từtừ
11
đếnđến
1010
TrênTrên
mạchmạch
chỉchỉ
cócó
thểthể
chứachứa
đượcđược
từtừ
11
đếnđến
1010
côngcông logiclogic (NAND,(NAND, NOR,NOR, vv vv ))
ChủChủ
yếuyếu
ápáp
dụngdụng
chocho
cáccác
bàibài
toántoán
nhỏnhỏ
nhứnhứ
ChủChủ
yếuyếu
ápáp
dụngdụng
chocho
cáccác
bàibài
toántoán
nhỏnhỏ
nhứnhứ
thiếtthiếtkếkế cáccác máymáy tínhtính điệnđiệntửtử cầmcầmtaytay
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 33
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
VD Máy tính cầm tay
Hình 1.1 – Kích thước chip lớn nhưng chức năng nhỏ
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 44
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
MSIMSI
(Medium(Medium
ScaleScale
IntegrationIntegration
––
MạchMạch
MSIMSI
(Medium(Medium
ScaleScale
IntegrationIntegration
MạchMạch
tíchtích hợphợpcỡcỡ trungtrung bình)bình)
NgoàiNgoài
việcviệc
tíchtích
hợphợp
cáccác
cổngcổng
logiclogic
cáccác
mạchmạch
NgoàiNgoài
việcviệc
tíchtích
hợphợp
cáccác
cổngcổng
logic
,
logic
,
cáccác
mạchmạch
còncòn đượcđượcmởmở rộngrộng tíchtích hợphợp thêmthêm cáccác bộbộđếmđếm
vàvà cáccác chứcchứcnăn
g
năn
g
lo
g
iclo
g
ic tươn
g
tươn
g
đươn
g
đươn
g
gg
gg
gg
gg
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 55
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
LSILSI
(Large(Large
ScaleScale
IntegrationIntegration
––
MạchMạch
tíchtích
LSILSI
(Large(Large
ScaleScale
IntegrationIntegration
MạchMạch
tíchtích
hợphợpcỡcỡ lớn)lớn)
ĐượcĐược
tíchtích
hợphợp
vớivới
nhiềunhiều
chứcchức
năngnăng
logiclogic
ĐượcĐược
tíchtích
hợphợp
vớivới
nhiềunhiều
chứcchức
năngnăng
logiclogic
hơn,hơn, thậmthậmchíchí cócó cảcả bộbộ vivi xửxử lýlý hoànhoàn chỉnhchỉnh
tron
g
tron
g
m
ộ
tm
ộ
tchi
p
chi
p
gg
ộộ
pp
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 66
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
ề ể
Ví dụ chip đi
ề
u khi
ể
n màn hình LCD
Hình 1.2 – Kích thức IC giảm những chức năng lớn
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 77
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
VLSI(verryVLSI(verry
largelarge
scalescale
integation)integation)
VLSI(verryVLSI(verry
largelarge
scalescale
integation)integation)
MọiMọithứthứđềuđềucócó trongtrong mộtmộtchípchíp
ĐãĐã
cócó
cáccác
bộbộ
xửxử
lýlý
6464
bítbít
cáccác
bộbộ
sốsố
họchọc
dấudấu
ĐãĐã
cócó
cáccác
bộbộ
xửxử
lýlý
6464
bít
,
bít
,
cáccác
bộbộ
sốsố
họchọc
dấudấu
phẩyphẩy độngđộng
TrênTrên
mộtmột
triệutriệu
transistortransistor
chỉchỉ
trêntrên
mộtmột
miếngmiếng
TrênTrên
mộtmột
triệutriệu
transistortransistor
chỉchỉ
trêntrên
mộtmột
miếngmiếng
SilicSilic
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 88
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 99
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
11
11
TìmTìm
hiểuhiểu
vềvề
VLSIVLSI
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1010
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.2. Lý do để VLSI được chọn1.2. Lý do để VLSI được chọn
àhá iểàhá iể
v
à
p
há
t tr
iể
nv
à
p
há
t tr
iể
n
TrướcTrước
đâyđây
khikhi
muốnmuốn
thiếtthiết
kếkế
mộtmột
hệhệ
thốngthống
TrướcTrước
đây
,
đây
,
khikhi
muốnmuốn
thiếtthiết
kếkế
mộtmột
hệhệ
thốngthống
mạch,mạch, chúngchúng tata phảiphảithiếtthiếtkếkế từtừ nhữngnhững ICIC
chuẩnchuẩn
thiếtthiết
kếkế
sẵnsẵn
sửsử
dụngdụng
côngcông
nghệnghệ
chuẩnchuẩn
thiếtthiết
kếkế
sẵnsẵn
sửsử
dụngdụng
côngcông
nghệnghệ
TTLTTL (Transistor(Transistor –– TransistorTransistor Logic)Logic)
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1111
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
Hình 1 3
Mộtvídụ về 1mạch đượcthiếtkế trên các IC chuẩn TTL
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1212
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
Hình
1
.
3
–
Một
ví
dụ
về
1
mạch
được
thiết
kế
trên
các
IC
chuẩn
TTL
1.2. Lý do để VLSI được chọn1.2. Lý do để VLSI được chọn
àhá iểàhá iể
v
à
p
há
t tr
iể
nv
à
p
há
t tr
iể
n
KhiKhi
côngcông
nghệnghệ
CMOSCMOS
rara
đờiđời
hànghàng
triệutriệu
KhiKhi
côngcông
nghệnghệ
CMOSCMOS
rara
đời
,
đời
,
hànghàng
triệutriệu
transistortransistor cócó thểthể chứachứa trongtrong mộtmộtmiếngmiếng
silicsilic
nhỏnhỏ
silicsilic
nhỏnhỏ
CácCác kỹkỹ sưsư bắtbắt đầuđầunhậnnhậnrara lợilợiíchích củacủaviệcviệc
thiếtthiết
kếkế
mộtmột
ICIC
đápđáp
ứngứng
yêuyêu
cầucầu
cụcụ
thểthể
thiếtthiết
kếkế
mộtmột
ICIC
đápđáp
ứngứng
yêuyêu
cầucầu
cụcụ
thểthể
chocho mộtmộthệhệ thốngthống thaythay vìvì phảiphảithiếtthiếtkếkế
chúngchúng
từtừ
cáccác
ICIC
chuẩnchuẩn
riêngriêng
biệtbiệt
chúngchúng
từtừ
cáccác
ICIC
chuẩnchuẩn
riêngriêng
biệtbiệt
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1313
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.2. Lý do để VLSI được chọn1.2. Lý do để VLSI được chọn
àhá iểàhá iể
v
à
p
há
t tr
iể
nv
à
p
há
t tr
iể
n
CácCác
kỹkỹ
sưsư
sẽsẽ
phânphân
tíchtích
vàvà
thiếtthiết
rara
mộtmột
ICIC
CácCác
kỹkỹ
sưsư
sẽsẽ
phânphân
tíchtích
vàvà
thiếtthiết
rara
mộtmột
ICIC
duyduy nhấtnhất đểđể giảigiải bàibài toántoán đó,đó, khôngkhông cầncầnsựsự
chắpchắp
nốinối
củacủa
nhiềunhiều
ICIC
kháckhác
nhaunhau
giảmgiảm
chắpchắp
nốinối
củacủa
nhiềunhiều
ICIC
kháckhác
nhau
,
nhau
,
giảmgiảm
khảkhả năngnăng lỗi,lỗi, giảmgiảmthờithời giangian chờchờ giữagiữacáccác
ICIC
giágiá
thànhthành
hạhạ
IC
,
IC
,
giágiá
thànhthành
hạhạ
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1414
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.3. ASIC là gì?1.3. ASIC là gì?
1.3.
ASIC
là
gì?1.3.
ASIC
là
gì?
ASICASIC
viếtviết
tắttắt
củacủa
::
ApplicationApplication
SpecificSpecific
ASICASIC
viếtviết
tắttắt
củacủa
::
ApplicationApplication
SpecificSpecific
IntegratedIntegrated CircuitCircuit
LàLà
mộtmột
ICIC
đượcđược
thiếtthiết
chocho
mộtmột
mụcmục
đíchđích
LàLà
mộtmột
ICIC
đượcđược
thiếtthiết
chocho
mộtmột
mụcmục
đíchđích
hoặchoặcmộtmộthệhệ thốngthống cụcụ thểthể (Full(Full customcustom ICIC ))
ThTh
hấthất
làlà
ộtột
dảidải
áá
tittit
MOSMOS
Th
ực
Th
ựcc
hất
c
hất
làlà
m
ột
m
ột
dảidải
c
á
cc
á
c
t
rans
i
s
t
o
rt
rans
i
s
t
o
r
MOSMOS
chưachưa đượcđượckếtkếtnốinối
ViệcViệckếtkếtnốinối đểđể tạotạo thànhthành mạchmạch cụcụ thểthể
phụcphụcthuộcthuộcvàovào ngườingườisửsử dụngdụng
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1515
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.4. FPGA là gì?1.4. FPGA là gì?
1.4.
FPGA
là
gì?1.4.
FPGA
là
gì?
FPGAFPGA
làlà
tậptập
hợphợp
cáccác
cellcell
logiclogic
lậplập
trìnhtrình
FPGAFPGA
làlà
tậptập
hợphợp
cáccác
cellcell
logiclogic
lậplập
trìnhtrình
đượcđượcnốinốivớivới nhaunhau bằngbằng mama trậntrận chuyểnchuyển
mạchmạch
lậplập
trìnhtrình
đượcđược
mạchmạch
lậplập
trìnhtrình
đượcđược
ĐểĐể trởtrở thànhthành mộtmộtmạchmạch cụcụ thể,thể,mama trậntrận
chuyểnchuyển
mạchmạch
sẽsẽ
đượcđược
lậplập
trìnhtrình
đểđể
địnhđịnh
chuyểnchuyển
mạchmạch
sẽsẽ
đượcđược
lậplập
trìnhtrình
đểđể
địnhđịnh
tuyếntuyếncáccác tíntín hiệuhiệugiữagiữacáccác khốikhối logiclogic
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1616
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.4. FPGA là gì?1.4. FPGA là gì?
1.4.
FPGA
là
gì?1.4.
FPGA
là
gì?
CấuCấu
trúctrúc
củacủa
FPGAFPGA
CấuCấu
trúctrúc
củacủa
FPGAFPGA
CácCác khốikhốilogiclogic cơcơ bảnbảnlậplậptrìnhtrình đượcđược (logic(logic
block)block)
block)block)
HệHệ thốngthống mạchmạch liênliên kếtkếtlậplậptrìnhtrình đượcđược
KhốiKhối
vào/ravào/ra
(IO(IO
Pads)Pads)
KhốiKhối
vào/ravào/ra
(IO(IO
Pads)Pads)
PhầnPhầntửtử thiếtthiếtkếkế sẵnsẵn kháckhác nhưnhư DSPDSP slice,slice,
RAMRAM
ROMROM
nhânnhân
vivi
xửxử
lýlý
RAM
,
RAM
,
ROM
,
ROM
,
nhânnhân
vivi
xửxử
lýlý
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1717
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1818
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 1919
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 2020
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.4. FPGA là gì?1.4. FPGA là gì?
1.4.
FPGA
là
gì?1.4.
FPGA
là
gì?
SoSo
sánhsánh
FPGAFPGA
vớivới
ASICASIC
SoSo
sánhsánh
FPGAFPGA
vớivới
ASICASIC
XétXét cùngcùng mộtmột ứngứng dụngdụng thìthì thiếtthiếtkếkế trêntrên ASICASIC
đạtđạt
đượcđược
mứcmức
độđộ
tốitối
ưuưu
hơnhơn
thiếtthiết
kếkế
trêntrên
đạtđạt
đượcđược
mứcmức
độđộ
tốitối
ưuưu
hơnhơn
thiếtthiết
kếkế
trêntrên
FPGAFPGA
FPGAFPGA
hạnhạn
chếchế
trongtrong
cáccác
táctác
vụvụ
đặcđặc
biệtbiệt
FPGAFPGA
hạnhạn
chếchế
trongtrong
cáccác
táctác
vụvụ
đặcđặc
biệtbiệt
FPGAFPGA cócó khảkhả năngnăng táitái lậplậptrìnhtrình đơnđơngiản,giản, thiếtthiết
kếkếứn
g
ứn
g
d
ụ
n
g
d
ụ
n
g
dễdễ dàn
g
dàn
g
nênnên chichi
p
hí
p
hí vàvà thờithời
g
ian
g
ian
gg
ụ gụ g
gg
pp
gg
sảnsảnxuấtxuấtgiảmgiảm
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 2121
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.4. FPGA là gì?1.4. FPGA là gì?
1.4.
FPGA
là
gì?1.4.
FPGA
là
gì?
CácCác
chipchip
FPGAFPGA
vàvà
ASICASIC
cùngcùng
vớivới
cáccác
góigói
CácCác
chipchip
FPGAFPGA
vàvà
ASICASIC
cùngcùng
vớivới
cáccác
góigói
phầnphầnmềmmềmthiếtthiếtkếkế mạchmạch thườngthường đượcđược
cáccác
côngcông
tyty
thiếtthiết
kếkế
sẵnsẵn
chocho
ngườingười
sủsủ
cáccác
côngcông
tyty
thiếtthiết
kếkế
sẵnsẵn
chocho
ngườingười
sủsủ
dụngdụng nhưnhư Xilinx,Xilinx, AlteraAltera
CácCác
góigói
phầnphần
mềmmềm
nàynày
tíchtích
hợphợp
đầyđầy
đủđủ
CácCác
góigói
phầnphần
mềmmềm
nàynày
tíchtích
hợphợp
đầyđầy
đủđủ
quyquy trìnhtrình từtừ “bắt“bắt đầu”đầu” đếnđếnrara “sản“sảnphẩm”,phẩm”,
mợimợi
thaothao
táctác
hoànhoàn
toàntoàn
trongtrong
suốtsuốt
vớivới
mợimợi
thaothao
táctác
hoànhoàn
toàntoàn
trongtrong
suốtsuốt
vớivới
ngườingườisửsử dụngdụng
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 2222
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
Ý tưởng
Thiết kế
Mô phỏng
Chạy thử
Lập trình
lên mạch
Phần mềm thiết kế ASIC/FPGA
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 2323
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.4. FPGA là gì?1.4. FPGA là gì?
1.4.
FPGA
là
gì?1.4.
FPGA
là
gì?
ỨngỨng
dụngdụng
::
ỨngỨng
dụngdụng
::
XửXử lýlý tíntín hiệuhiệusố,số, hànghàng không,không, vũvũ trụ,trụ,quốcquốc
phòngphòng
tiềntiền
thiếtthiết
kếkế
mẫumẫu
ASICASIC
(ASIC(ASIC
phòng
,
phòng
,
tiềntiền
thiếtthiết
kếkế
mẫumẫu
ASICASIC
(ASIC(ASIC
prototyping),prototyping), nhậnnhậndạngdạng ảnh,ảnh, nhậnnhậndạngdạng tiếngtiếng
nói,nói, mậtmậtmãmã học,học, mômô hìnhhình phầnphầncứn
g
cứn
g
má
y
má
y
gg
yy
tínhtính
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 2424
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
1.4. FPGA là gì?1.4. FPGA là gì?
1.4.
FPGA
là
gì?1.4.
FPGA
là
gì?
ỨngỨng
dụngdụng
::
ỨngỨng
dụngdụng
::
DoDo tínhtính linhlinh độngđộng caocao trongtrong quáquá trìnhtrình thiếtthiếtkếkế
chocho
phépphép
FPGAFPGA
giảigiải
quyếtquyết
lớplớp
nhữngnhững
bàibài
toántoán
chocho
phépphép
FPGAFPGA
giảigiải
quyếtquyết
lớplớp
nhữngnhững
bàibài
toántoán
phứcphứctạptạpmàmà trướctrướckiakia chỉchỉ thựcthựchiệnhiệnnhờnhờ phầnphần
mềmmềmmá
y
má
y
tínhtính
yy
NgoàiNgoài rara nhờnhờ mậtmật độđộ cổngcổng logiclogic lớnlớnFPGAFPGA
đượcđược ứngứng dụngdụng chocho nhữngnhững bàibài toántoán đòiđòi hỏihỏi
ốố
kh
ố
ikh
ố
ilượnglượng tínhtính toántoán lớnlớnvàvà dùngdùng trongtrong cáccác hệhệ
thốngthống làmlàm việcviệc theotheo thờithờigiangian thựcthực
Thái nguyên 08/2008
Slide Slide 2525
Thiết kế vi mạch VLSI Thiết kế vi mạch VLSI ASIC ASIC FPGAFPGA
