Automacao Aula5 FerramentasCAD[1]

Ferramentas CAD Aula 5

Ferramentas CAD

(Projeto Auxiliado por Computador) 

Ferramentas de projeto auxiliadas por computador na área de concepção de circuitos integrados.

Complexidade dos Circuitos 

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 Um sistema integrado é normalmente dividido em etapas devido à complexidade do problema.  Os projetos tem aumentado bastante a complexidade dos circuitos. Necessidade de metodologias de projeto, ferramentas CAD para automatizar tarefas, etc.

Tempo de Vida x Lucro 

Redução do Time-to-market 

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 Maior Competitividade de mercado Redução na janela de mercado dos produtos

Níveis de Abstração

Níveis de Abstração para descrição de um projeto 

 Descrição Comportamental 

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Descição RTL ou Data Flow 

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Nível de abstração seguinte abaixo da descrição comportamental. É caracterizado pela definição de um sistema em termos de registradores, chaves e unidades funcionais.

Descrição Estrutural (lógico) 

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  O sistema é descrito de forma comportamental, ou seja, o modelamento comportamental que aponta algoritmicamente a funcionalidade requerida sem referenciar a estrutura do modelo.

 Nível mais baixo não físico para representação de um projeto. As descrições mostram a implementação lógica da função descrevendo a arquitetura para implementar o algoritmo comportamental

 Descrição física 

  Neste nível é definida a geometria de implementação do

Diagrama de Gajski

Diagrama de Gajski

Ferramentas de CAD 

 Ferramentas de Síntese 

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 A síntese de um circuito integrado é descrita como uma sequência de transformações incrementais aplicadas a uma descrição inicial da funcionalidade do circuito.   A sequência de operações aplicadas a esta descrição inicial determina o fluxo de projeto. Este fluxo é composto de ferramentas CAD que permitem a transformação incremental de uma descrição de projeto em outra mais detalhada ao longo do processo de síntese. Cada uma das etapas de síntese pode ser feita através de uma ferramenta de CAD (projeto auxiliado por computador) específica.

Ferramentas de CAD 

 Ferramentas de Síntese 

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Ferramentas que fazem a transformação de uma descrição de entrada em outra descrição de saída com um nível de detalhamento maior.  Outras operações podem ser feitas sobre cada uma das descrições intermediárias pertinentes ao fluxo de projeto tais como: 

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 Visualização  Edição  Simulação  Verificação, etc.

Ferramentas de CAD 

Ferramentas de Simulação e Verificação 

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  A descrição inicial feita pelo projetista pode conter erros As diferentes transformações aplicadas às descrições envolvidas no fluxo de projeto podem ressaltar erros no projeto mesmo que a descrição inicial esteja correta. Ferramentas de simulação e de verificação podem ser utilizadas para descobrir a presença de erros no projeto.

Ferramentas de CAD 

Ferramentas de Simulação 

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 Permitem obter a resposta da saída de um circuito para a aplicação de um conjunto de estímulos de entrada em um determinado intervalo de tempo.  Neste caso, erros podem ser detectados pela comparação da resposta obtida com a resposta desejada.

Ferramentas de CAD 

 Ferramentas de Verificação 

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 Fazem comparação de dois modelos para consistência.  Pode ser dividido em duas classes; 

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Consiste na comparação de dois modelos correspondentes a duas descrições intermediárias distintas de um mesmo circuito.   Corresponde a comparação de um circuito com um modelo abstrato, que representa as regras que o circuito deve obdecer para ser considerado correto.

Ferramentas de CAD 

 Ferramentas de Teste 

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 Quando o projeto chega ao fim, deve haver a preocupação da fabricação.  É necessário testar para saber se funciona ou não. Esses defeitos podem ser oriundos de fabricação, assim como erros de projeto.  Neste caso as ferramentas de auxílio ao teste proporcionam suporte para a tarefa de teste de exemplares do circuito após sua fabricação.

Ferramentas de CAD 

 Ferramentas de Gerência de Projeto 

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  Finalmente, o fluxo de projeto se torna tão complicado que é necessário a criação de ferramentas de criação de projeto. Essas ferramentas devem zelar para que o projetista: 

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Siga o fluxo de projeto de modo coerente Administrar o acesso a dados Ferramentas possível a diversos projetistas

Categorias de Ferramentas CAD 

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Ferramentas de Edição e Captura  Ferramentas de Síntese  Ferramentas de Simulação  Ferramentas de Verificação Ferramentas de Auxílio ao Teste  Ferramentas de Estimativa Ferramentas de Gerência de Projeto

Ferramentas de Edição e Captura 

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Ferramentas que permitem ao usuário editar uma descrição aceita por uma ferramenta de CAD integrada ao fluxo de projeto. Esta edição pode ter a finalidade de permitir ao usuário: 

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 Refinar a solução obtida de modo automático (através da ferramenta de CAD)  Editar uma nova descrição que será utilizada como entrada do fluxo de projeto.

Ferramentas de Edição e Captura (Editor de Layout) 

 Editor de Layout 

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 Ferramenta usual básica para a construção do conteúdo das máscaras de um CI. É através de um editor de layout que podemos definir o conjunto das figuras geométricas (retângulos, polígonos ou círculos) relativos a cada uma das máscaras.  Um editor permite manipular estas figuras através de operações como: modificar as dimensões, deslocar, espelhar, rotacionar, duplicar, etc.   Esta descrição pode ser desenvolvida em diferentes linguagens de descrição de layout Exemplos: CIF (Caltech), GDSII (GE) ou EDIF

Ferramentas de Edição e Captura (Editor de Layout)

Ferramentas de Edição e Captura (Editor de Esquemático) 

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  Permite a montagem de um circuito através do posicionamento de símbolos relativos a transistores, potas lógicas, assim como células e blocos funcionais previamente definidos.   Enquadramento: 

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Quando uma descrição esqumática conter apenas componenetes eletrônicos básicos (transistores, capacitâncias e resistências) temos uma descrição a nível elétrico  Quando conter funções lógicas, temos uma descrição a nível lógico.

 A saída de um editor de esquemáticos fornece um netlist do circuito, a ser utilizado para a geração do layout do circuito

Ferramentas de Edição e Captura (Editor de Esquemático)

Ferramentas de Edição e Captura

(Editor de Linguag. de descrição de Hardw.) 

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 Permitem ao usuário descrever um circuito utilizando uma linguagem de descrição de hardware (HDL). Ex: VHDL, Verilog.  Tipo de entrada mais comum em fluxos de projeto  Muitos sistemas CAD conjugam editores de linguagens de descrição de hardware com editores de esquemático, assim como editores de layout, dentre outros.

Ferramentas de Edição e Captura

(Editor de Linguag. de descrição de Hardw.)

Ferramentas de Síntese 

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 Permitem a passagem automática de um nível de descrição para um outro nível inferior.  Podemos agrupar as etapas de síntese em 3 níveis descendentes sucessivos: 

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 Síntese Comportamental  Síntese Lógica  Síntese Física

Ferramentas de Síntese 

 Síntese Comportamental 

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  Nesta síntese é produzida uma descrição da funcionalidade do circuito à nível de blocos, à partir da descrição comportamental do mesmo. A partir desta descrição é possível extrair: 

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Um grafo de sequenciamento, que descreve a ordem na qual o circuito deve executar as operações desejadas Um conjunto de blocos funcionais disponíveis Um conjunto de restrições de projeto

 É normalmente dividida em: 

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 Escalonamento de operações  Partilhamento de recursos  Alocação de Recursos

Ferramentas de Síntese 

 Síntese Comportamental 

 Escalonamento de Operações 

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 Quando cada operação é executada  Diz respeito à atribuição de cada uma das operações do grafo de sequenciamento à um dado intervalo de tempo  Os dois algoritmos de escalonamento mais simples de implementar são: 

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ASAP : escalonar as operações o mais cedo possível (As Soon As Possible) ALAP : escalonar as operações o mais tarde possível (As Late As Possible)

Ferramentas de Síntese 

 Síntese Comportamental 

 Partilhamento de Recursos 

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 Com qual recurso cada operação é realizada  É a atribuição de um mesmo recurso (bloco funcional) à mais de uma operação do grafo de sequenciamento. O principal objetivo do partilhamento de recursos é a minimização da área do circuito

Ferramentas de Síntese 

 Síntese Comportamental 

 Alocação de Recursos 

Quantas instâncias de cada recurso é necessária

Ferramentas de Síntese 

 Síntese Lógica 

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Obtêm-se uma descrição a nível lógico de um circuito, a partir de uma especificação funcional do mesmo. As ferramentas de síntese lógica pode se dividir em dois tipos segundo o tipo de circuito que elas tratam: 

Ferramentas para síntese de circuitos combinacionais 

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Consiste na minimização do número de literais das equações do circuito expressas de várias formas. Ex: F = A.B.C' + A'.B.C + A.B.C

Ferramentas para síntese de circuitos sequenciais 

 Visa otimização de máquinas de estado. Normalmente dividida em 3 etapas: minimização de estados, codificação de estados e síntese da parte combinacional

Ferramentas de Síntese 

 Síntese Física 

As ferramentas de síntese de layout permitem a obtenção automática de um circuito à partir de uma descrição a nível lógico do mesmo.

Ferramentas de Síntese 

 Síntese Física 

 Geradores de células 

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 Particionamento Físico 

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São ferramentas que produzem o layout, de forma automática, e de acordo com as especificações definidas pelo projetista. Consiste em dividir o circuito em sub-grupos de elementos físicos de modo a minimizar uma determinada função de custo. Ex: Min- Cut

  Posicionamento 

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 As ferramentas de posicionamento permitem a definição automática do posicionamento relativo das células que compõem um determinado circuito.  Os algoritmos destas ferramentas procuram minimizar o tamanho médio das conexões entre células