Аппаратты-бағдарланған жүйелік Компаниялар

Бүгінгі күні мұндай компаниялардың бар екен деп айтуға қиын. Егер иа болса, онда олардың өмір сүру уақыты жақында бітуі мүмкін. Қазіргі уақытта кірістірліген жүйелер мен жабдықтардың көбінде минимум бір кірістірілген процессор бар кезде; аппараттық бөліктер, процессорлар, компиляторлар және бағдарламалар арасындағы өзара әрекеттесу күрделі болып жатқанда және барлық қызықты SoC жобалар минимум бір кірістірілген процессорды иеленіп жатқанда өте сирек компаниялар жобалап жатыр және таза «аппараттық» жүйелерді ұсынады.

Аппаратты және бағдарлама

бөлігі бар жүйелік Компаниялар

Жүйелік компаниялардың өткен өмірі күрделі болды және олардың болашағы өте күрделі мәселелі. Өте үлкен компанияларды алмағанда, олар өткенде суреттелген де-вертикализацияға тап болды және көптеген маңызды жобалық және өндірістік қасиеттерін жоғалтты. Бұл жартылайөткізгіштік жобалауға да, аса үлкен жобалау деңгейлеріне – тақшаларға, келісім-шарттық өндірістің өсуімен – корпустарға ықпалын тигізді.

Нәтижесінде жүйелік компаниялар «брэндқа» айналып жатыр және жаңа нарықтық мүмкіндіктерді іздеу үшін нарықтың талдау тәжірибесін, жүйелік архитектураны жасау үшін жобаларды басқару тәжірибесін, маңызды компоненттер мен жабдықтаушылардың сәйкестендіруді, қосалқы шарттарды жасауды және жобаларды және компоненттерді сатып алу (HW типі сияқты SW типі де) қолданады, және соңғы өнімге барлық компоненттерді біріктіру, содан соң өндіріліп алады және келісім-шарт негізінде жиналады.

Әрине, кейбіреулер өзінің күш салуы арқылы жазылған (компания ішінде) программалар өнімінің қызығушылығына өте үлкен әсер етуі мүмкін, яғни жаңа қасиеттер мен қолданушының интерфейс облысында ерекше әсер етеді, және системалық компаниялар бұрыңғыдай өздерінің жеке сату каналдары мен маркетингін қадағалайды, егер олар келісім шарттық негізде таратылатын болса да.Бірақ жүйелік компаниялардың азаю тенденциясы әлі де өсуде. Бұл сценариде экономикалық қуаттылық айқын фабрикасыз жартылай өткізгіштік компаниялар мен IDM компанияларға көшті.

Болашақтағы жүйелік компаниялардың артықшылығы болып олардың ақырғы қолданушыларға жақындығы, олардың болжау қабілеттілігі, қандай өнімдер көбінесе қызықтыратын болатындығы, сонымен қатар өте күрделі жобалардың маршруттарын басқару, өндіріс және өнімнің таратылуы.

Интеграцияланған құрылғылардың өндірушілері (IDM)

Бiздiң болашақ сценарий технологиямен де, жүйелiк бiлiмдермен де өндiрiстiң процесiне ие болатын жартылай өткiзгiш IDM компаниялардың (сонымен бiрге жүйелiк компаниялардың бөлген, еншілес компаниялар) қолдарындағы шоғырланған экономикалық қуаттылық одан арта келетінің болжайды, жүйелік жобалау - EDA компаниялармен барлық үш деңгейде әрекет жасай алады, ASIC және ASSP жобалау,сонымен қатар өндіріспен байланыс, және ішкі өндірушілермен (DSP облысындағы TI компаниясының кең білімі RISC ядро жеткізуші ARM мен жақсы арақатынасты сақтау, өйткені ең болмағанда TI RISC ядроны өздері құрастыруы мүмкін ) сәйкесінше арақатынасты сақтау үшін өздігінен жетерлік IP құрастыруда.

Экономикалық өсуге қарамастан және жобалаудың үлкен бөлігін потенциалды бақылау, басқа компаниялар жағдайындағыдай, компаниялар сирек ерекшелігімен өздерін өте тәуелді сезінетіне күмән жоқ, яғни басқа компаниялардан және электрондық нарықтың тұрақсыздығынан:

• Олардың табыстары бірден жүзеге аспайды, яғни сату көлеміне негізделген. Жоғары сипаттамаларымен ең жақсы микросхема, оның негізінде сатып алушылармен үлкен көлемде сатып алу, өте таңымал өнімдер жасалмайынша, төмен қуаттылығы және төмен баға ештенеге кепілдік бермейді.

• Жүйелік деңгейдегі және бұл облыстағы айрықша өзерістердің жобалау мәселесі болып, IDM компаниясының бұл облысқа әрдайым инвестициялауы және өздерінің жүйелік білімдерімен толықтыруы болып табылады.

• Әсіресе кірістірліген процессорлар облысында өзінің біліктілігінің тұрақты бағасымен қоса, жобалық IP-ді сатып алу немесе өз еркімен жасау туралы қиын шешімдерді қабылдау қажеттілігі.

• Тұрақты жеткізілімдердің кепілдігі үшін ( серіктес ретінде фабрикаларды қолданғанда да) үлкен өндірістік қуаттарды үстінен бақылау қажеттілігі қазіргі фабрикаларда үздіксіз инвестициялауды білдіреді.

• Егер ол серіктестермен бірге құрылса да, технологиялық процесс деңгейінде бәсекелесу қажеттілігі технологияның дамуын және сәйкесінше фабрикалардың жаңаруын үздіксіз инвестициялауды білдіреді. Бірде-бір табысты IDM компаниясы фабрикалардан толық бас тарту жолымен табысқа жетпеді.

Біз аса табысты IDM компанияларын көре аламыз, мысалы Intel;

сонымен бірге табысы аз – сатуға шығарылған (2003 жылдың қараша айындағы жағдай) Motorola Semiconductor Products Sector (SPS) компаниясы сияқты. Қазіргі кезде TI, IBM Microelectronics және ST Microelectronics компаниялары аз табысты болып келеді. Philips Semiconductors және Infineon қиыншылықтар көріп отыр. Жапондық IDM компаниялары өте қиын кезеңді өткізді және IP жобалауының және жалпы технологиялық процесстің дамуының мәселелерімен күресуін жалғастыруда, бірақ олардың бірлескен бағдарламалары көптеген күшті жақтарды иеленеді. Тайваньда, Қытайда және де Азияның басқа мемлекеттерінде жергілікті электрондық өнеркәсіп (көпұлттық корпорациялардан ішкі компанияларға қарама-қайшылық) негізінде таза фабрикаларға бағытталған.

Сондықтан IDM компаниясының жағдайы сондай жеңіл болып келмейді! Соған қарамастан, және әсіресе егер 90, 65, 45 нм деңгейіндегі өндірістің мәселелері қазіргі IC, IDM компаниялардың жүйелік көріністеріне (аспекты) одан әрі үлкен ықпал көрсететін болса, интеграцияланған жобаларды және қазіргі SoC-қа арналған өндірістік қуаттарды жасауда өте табысты, және микросұлбаларды жобалау тәжірибесімен өте эффективті біріктіретін жүйелік және бағдарламалық білімдер нарықтың маңызды бөліктерінде ұзақ уақыттық артықшылықтарды алуы мүмкін.

4-ТАРАУ

SoC ЖОБАЛАУЫНА АРНАЛҒАН

ІР БЛОКТАР КІТАПХАНАСЫ

Кіріспе

Егер әрбір жобаны басынан бастайтын болса, онда SoC жобалауы іске асырылмайтын еді. SoC жобалауы «IP Cores» деп аталатын зияткерлік меншік блоктарын көп реттік қолданумен тығыз байланысты. Осы соңғы 8-9 жылдарда ІР блогының көп реттік қолданылуының қомақты беталысы айқындалды. Көп реттік қолданылу «жобалау өнімділігіндегі алшақтық» (анықтамасы бойынша International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS)) деп аталатын негізгі фактордың бірі ретінде пайда болды. Жобалау өнімділігіндегі алшақтық – жартылайөткізгішті өнімдердің заманауи технологияларының күрделіленуі мен жобалаушылардың өнімділіктерінің жақсаруы (жобалау және әдістеме құралдарының жақсаруы есебіне) арасындағы алшақтық.

Көп реттік қолдану тек жобалаушылардың өнімділігінің жақсаруы үшін ғана маңызды емес, дегенмен, мұнда ол жеткілікті нәтиже береді. Сондай-ақ көп реттік қолдану арқылы жобалаушылар командасыәр түрлі тәртіптер және жобалау саласын қамтитын SoC өнімдерін құру механизмін жасайды. Әр түрлі жеткізушілерден алынған һard (орналасу және анықтаудан кейін) және soft (синтез жасалатын) процессорлы блоктарының болуы,өздерінің жеке процессорларын жаңадан жобалаумен айналысқылары келмейтін жобадағы командаларға бұл блоктарды өздерінің жобаларына қолдануға мүмкіндік береді. Сөйтіп процессорларды жобалау шеберлігін меңгерудің қажеттігінсіз біріктірілген SoC RISC басқаруына және DSP функциясына қосады.Бұл мағынада ІР-ді көп реттік қолданудың артықшылығы өнімділіктің қарапайым артуы шегінен асып түседі, сондықтан жобалау қаупі едәуір азаяды және ІР-ді жаңадан құруға қажетті, бұрын өте ұзақ уақытқа байланысты іске асырылмайтын SoC жобаларын құру тәсілдері пайда болады.

ІР блоктарды іздеу және қайталап қолдану жобалаушылар командасының міндеттеріне жатпайтын, алдын-ала сертификатталған және «жиинақталған» түрде, әр түрлі саладағы жобалау тәжірибесін алуға мүмкіндік береді және бұл мүмкіндік SoC жобалауының табысты дамуының негізгі талабы болып табылады.

Қазіргі уақытта SoC жобасын құру, негізінен ,сандық компоненттердің бірігуіне бағытталған, сонымен қатар қара жәшік ретінде қарастырылатын кейбір аналогты интерфейсті блоктар болуы мүмкін.

Келешекте шығатын SoC микросұлбалары өзінің құрамына интегратор командаларының міндеттері шегінен тысқары әр түрлі саладағы құраушыларды енгізетін болады. Мысалы, «блокты» IP ұғымының кеңеюін талап ететін RF немесе MEMS құраушылары. Бұл кезеңге әлі қол жеткізілмеген. Соңғы SoC микросұлбасында ІР блоктардың әр түрлі жинақтарын жеңіл түрде анықтау және интегралдау үшін алдын-ала ІР бизнестің дамуы және құру әдістемелері, сертификациялар, бағалар, ІР-ді анықтау және біріктіру қажет.

Бірақ мұндай мәселелер сандық аймақта SoC төңкерісінің басында да болған. Қазіргі кезде бұл мәселелердің көп бөлігі мынадай жолдармен шешімін тапты: аналогты немесе аралас (AMS) блоктар сияқты кеңеюі бар сандық ІР блоктарға арналған бағалау, ІР-ді айырбастау және біріктіру, стандарттарды құру жолдары.

Осылайша, жоғары сатыдағы көп ретті қолданылатын ІР блоктардың кітапханасын құру SoC жобалауының стандартталған процессорларының, ІР блокты жобалауының және ІР блоктарын біріктірудің дамуымен байланысты. Бұл стандартқа ІР жинағына сай ұсыну жолымен сәйкес келетін кітапханалар көп реттік қолданылудың мүмкіндігін көрсетеді. ІР стандарттарды құру әдістерін қарастырайық.

ІР блоктарға арналған стандарттар

Мұндай стандарттарды құру және идентификациялау үшін құрылған алдыңғы қатарлы ұйымдардың бірі - Virtual Socket Interface Alliance (VSIA). Ол 1996 жылы құрылған және өзінің өркендеу шыңында жүйелік жобалау, жартылайөткізгішті өндіріс және EDA, ІР салаларынан 200-ден аса мүшесі болған. Дегенмен, VSIA ұйымын ІР стандарттарды жеткілікті таратпайтындықтарынан жиі сынайды. VSIA ұйымы электронды өнеркәсіпке елеулі ықпал етті. Көптеген бірлестіктер көп реттік қолданудың ішкі бағдарламаларын енгізеді; көптеген жүйелік және жартылайөткізгішті бірлестіктер ІР-ді құру және айырбастаумен айналыса бастайды; ал көптеген жобалық топтар VSIA ІР стандартын өздерінің жеке стандарттарын және ІР негізіндегі жобалау әдістерін құруға негіз ретінде пайдаланады.

VSIA өзінің ертедегі 1996-1997 жылдардағы архитектуралық құжаттарында қайсысы «hard» блогы екенін, қайсысы «soft» блогы екендігін кең ауқымда түсіну үшін көмектескен. Жобалаудағы тағы бір маңызды үлесі VSIA жұмыстық топтары өткізген жүйелік деңгейдегі жобалау үлгілерін жүйелеу болып табылады. Осылайша, VSIA стандарттары, спецификациялары және құжаттары өнеркәсіп үшін өте маңызды.

ІР негізінде жобалаудың дамуына және бұл аймақта делдалдық индустрияның пайда болуына (бастапқы 1996-1997 жылдардағы күтілгеннен өте көп уақытты қажет еткен)баға, сатып алу, жеткізілім және пайдаланумен байланысты бизнес-мәселелер елеулі ықпал етті. Мұндай мәселелерді шешу үшін Виртуалды Құраушылар Биржасы (Virtual Component Exchange - VCX) сияқты ұйымдар пайда болды. Бұл биржа әлі де бар, бірақ қазір ІР блоктармен байланысты жұмыстық қарым-қатынастың басым бөлігі жеткізуші мен тұтынушы арасындағы қарым-қатынас шегінде толық ресми өтпейтіндігі белгілі.

Өнеркәсіптік стандарттардың басқа маңызды тобы алдын-ала дайындалған шина немесе чиптегі коммуникация стандарты (Open Core Protocol (OCP) протоколы және OCP-IP (OCP International Partnership) стандарттар тобы) негізіндегі ІР-ді көп реттік қолданумен байланысты. OCP протоколы алғашқыда коммуникацияның жабық (properietary) жобасында негізделген, оны Sonics, Inc бірлестігі шығарған. Бірақ содан кейін ІР блоктарға қол жетімділік жақсаруы үшін бірлестік бірнеше серіктестерімен бірге (мысалы Alcatel, Ampitron, ATI, Broadcom, Texas Instruments, Nokia, CAST, Denali, Philips, және т.б) бірлескен стандарт құрды. Бұл бірлескен стандарт ОСР протоколымен бірге пайдалану үшін бейімделген әр түрлі ІР блоктардың SoC деңгейінде өзара үйлесімділігін қамтамасыз етеді. Бұл баспа төлемі (РСВ) деңгейіндегі әр алуан коммуникациялық протоколдармен болған жағдайға өте ұқсайды. Алғашқыда бұл протоколдар жабық күйінде болды, содан кейін берілген стандартты протоколдарға интерфейстері бар стандарттардың таралуынжәне компоненттердің санының артуын жеңілдету мақсатында ашық өнеркәсіптік стандартқа өтті.

ІР Блоктардан Виртуалды Құраушыларға

VSIA ұйымы SoC индустриясына және ІР негізіндегі жобалауға үлкен әсерін тигізді. «Виртуалды сокет» ұғымы – ІР блок сәйкес келетін барлық жобалық интерфейстердің сипаттамасы, сондай-ақ ІР блоктармен бірге қойылатын (интеграцияны жеңілдету үшін қажетті) жобалау үлгілері және интеграция бойынша ақпараттар. Жобалау үлгілері және интеграция бойынша ақпараттар Баспа Төлемі (PCB) ұғымынан алынған, онда құраушылар жинақталған түрде сатып алынады және стандартты түрде жоба төлеміне біріктіріледі.

«Виртуалды құраушы» ұғымы «виртуалды сокет» ұғымының толықтырушысы болып табылады. VSIA мәнмәтінінде, сондай-ақ интерфейстің жалпы мәнмәтінінде ІР блок – қайталап қолдануға жарамды бола алатын жобалық блок. Ал виртуалды құраушы – бұлмаксималды қайталама қолдану үшін сертификатталған және өңделген, қайталап қолдану мақсатында арнайы құрылған жобалық блок. Жеке ІР блоктар және виртуалды құраушылар келесі аспектілер бойынша ажыратылады:

• Өңдеу үрдістері және виртуалды құраушылардың верификациялары жобалауда орнатылған үрдістерге және сапа стандарттарына сәйкес келеді.

• Виртуалды құраушылармен бірге жобалау мәліметтері және үлгілері, қауымдастырылған жобалау құжаттары, сценарийлер, параметрлер бойынша ақпараттар және қосымша мәліметтер қойылады. Олар ІР-ді қайталап қолданудың көпшілікке белгілі стандарттарының біріне сәйкес келуі қажет. Мысалы, VSIA стандарттары немесе стандарттардың ішкі және сыртқы жинағы.

• Виртуалды құраушылар бір рет болса да, сипаттамалардың кейінгі анықтамаларымен жасалуы қажет.

• Виртуалды құраушылар бір рет болса да, берілген қолданылудың тіркелген нәтижелері бар қандай да бір өңдеушілердің сыртқы командасымен пайдаланылуы қажет.

• Виртуалды құраушылар сапа бойынша өнеркәсіптік стандарт негізінде сапа бағасымен қоса берілуі қажет. Мысалы, мынадай сапа бағаларымен: OpenMORE (Synopsys және Mentor Graphics бірлестіктері өңдеген) немесе VSI Quality (OpenMORE-ны кіріс параметрлердің бірі ретінде қабылдайды) сапа стандарты.

Соңғы 10 жылдың ішінде ІР-ді қайталама қолдану аймағындағы өңдеулер стандарттар және үрдістердің тапсырмаларына тоқталған. Бұл тапсырмалар ІР блоктың ретсіз қайталама қолданылуын виртуалды құраушыларды қайталама қолдануға және түсінікті әрі сенімді үрдіске айналдыруға мүмкіндік береді.Оған жоғарыда талқыланған ОСР-ІР коммуникациясының стандарты «сокет» мысал бола алады.

Чиптегі жүйені жобалау стилдері

SoC жобалауында ІР блоктарды құру әдістері, аттестаттау және ІР блоктарды қолдану берілген SoC жобалауы стиліне айтарлықтай тәуелді. Біз төменде SoC жобалауының екі негізгі стилін талқылаймыз, [6]-да нақты қарастырылған.

SoC жобалауының стилін таңдау әр түрлі факторларға тәуелді. Оның құрамына жобалауға кететін болжанған уақыт, баға бойынша қажетті тиімділіктің деңгейі, қажетті өнімділік, тұтынатын қуатқа шек қою, жобалық команда шамасы және оның тәжірибесі, соңғы өнімді шығаруға болжанған аумақ, қолдану аймақтарының спецификасы және жобалау үрдісіндегі қауіптің ұйғарынды деңгейі кіреді.Бұл сипаттамаларға байланысты әр түрлі жобалау стильдерінің біреуі екіншісінен жақсырақ болуы мүмкін. Біз көп реттік қолданудың идеясына елеулі ықпал ететін тек екі стильді қарастырамыз.

Блоктар негізінде жобалау

Блокты жобалау стилінде SoC жаңа ІР блоктар комбинациясы ретінде жобаланады. Сондай-ақ жеткізушілерден және ішкі жобалық топтардан алынған кітапханалардағы көп реттік қолданудың ІР блоктары ретінде де жобаланады. Көп реттік қолданудың ІР блоктары әр алуан тәсілдермен жобаланған болуы мүмкін: чиптегі нақты архитектураларға бірігу (интеграция) мақсатында; сансыз көп стандарттар мен құрылымдарға бейімдеу (реконфигурацияланатын интерфейстер немесе қабықшалар (оболочки) көмегімен) мақсатында; аралық жады, буфер өлшемі, өнімділігі және функционалды міндеті бойынша кейінгі болуы мүмкін реконфигурация мақсатында және т.б. Блоктардың қалай кең конфигурацияланатындығына және олардың алғашқы сертификаттау және параметрлеу деңгейлерінің қандай екендігіне қарамастан көп реттік қолданудың берілген үлгісі арнайы үлгі болып табылады. Бұл арнайы үлгіде блоктар қажет жағдайда ғана нақты SoC жобаларында қайта қолданылады, сонымен қатар әр жобаға өздігінше және талаптарға дәл сәйкес келуі қажет.Бұл SoC интеграторларына максималды икемді болуға мүмкіндік береді. Олар қолданбаның нақты талаптары бойынша SoC жобасын оңтайландыра алады және барлық көп реттік қолданылатын блоктарды SoC спецификацияларына конфигурацияландыра алады.

Олар қандай да бір жеке қолданбада немесе әрекет аумағында күйге келтірілмегендіктен (не настроены), бұл ІР блоктарды көп ретті қолданудың мүмкіндіктерін едәуір арттырады және SoC жобаларының үлкен жинағында қолданылуы (реконфигурацияланған механизмдер арқылы) мүмкін. Бұл нақты SoC жобасы үшін блокты тәсіл негізінде жаңадан өңделген жаңа ІР блоктарға да мына шарт бойынша қатысты:жобалау үрдісінде көп ретті қолданылатын ІР блоктарды жобалаудың жалпы принциптері қолданылған және интерфейс стандарттарына және ІР блок стандарттарына (VSIA, OCP-IP, және т.б. сияқты) сәйкестік сақталған, берілген блоктар кейін әр алуан SoC жобаларында қайталама қолданылуы мүмкін.Жобаланатын блок өңдеу немесе интерфейс бойынша стандартты талапты қанағаттандырады және әр түрлі чиптерде қолдану үшін конфигурациялануы мүмкін деп ұйғарылады. Стандартты интерфейсті блоктар (мысалы, реконфигурацияланатын PCI және USBинтерфейстері) және процессорлы «ядролар» (ARM, Tensilica, ARC және т.б.), негізінен, арнайы көп реттік қолдану мақсатында жобаланған блоктар болып табылады. Қарама-қарсы мағынада, тек бір немесе бірнеше шағын жобаларда қолданылатын жеке функционалды блок болып табылады.

Бірақ, көп реттік қолданудың осындай максималды потенциалға жетуі жобалау кезеңінде үлкен шығындарды қажет етеді. Осы ІР блоктарды көп ретті қолданудың мүмкіншіліктерінің жетістігі бойынша талпыныс(усилие) – толық құжаттама, кең ауқымда параметрлеу және сертификаттаужәне кең ауқымда реконфигурациялау мүмкіндігі – осы SoC жобасында бір ретті қолдануға арналған блок құру шығындарымен салыстырғанда 50% - 200%-тен аса шығынды қажет етуі мүмкін (яғни, «ІР блоктан» «виртуалды құраушыны» құру 1,5-3 есе көп талпынысты (усилие) қажет етеді ). Демек, жұмсалған талпынысты (усилие) ақтау үшін блоктардың кейін минимум дегенде үш рет қайта қолданылуы қажет. Оның үстіне мұндай блоктық тәсілде өте кең верификация (анықтау) қажет. Өйткені,кең ауқымды реконфигурациялаудың кіріктірме мүмкіндігінің және интерфейстердің санының көп болуының арқасында блок әр түрлі және мүлде болжауға болмайтын қолданбаларда қолданылуы мүмкін. Нәтижесінде қажетті талпыныстар SoC жобасына арналған бір реттік қолданудың блоктарын құруға кететін талпыныстарға қарағанда өте жоғары болады, сондықтан ІР блоктарды виртуалды құраушыларға айналдыру шешімін мұқият таразылау қажет.

Барлық чипті жаңадан жобалау тәсілінің негізіндегі қажетті талпыныстарды жеңіл түрде бағалау SoC жобалауындағы блокты тәсілдің басты құндылығы болып табылады. Блокты тәсілді қолдану шешімін қабылдаудан кейін және чиптің азды-көпті толық спецификациясының болуы арқылы блоктарды таңдауға және бір реттік немесе көп реттік блоктарды құруға қажетті талпыныстарды салыстыруға болады. Көп ретті қолданылатын блоктарды құруға кететін талпыныстар бүкіл чипті құруға кететін талпыныстардан тікелей азайтылады. Көп ретті қолданылатын әрбір блок үшін интеграцияның кейбір қосымша верификациясы қажет (блокты ішкі команда құрғандықтан ). Оның көлемі ІР блоктардың қолданылатын кітапханаларының сапасымен өте тығыз байланысты. Сөйтіп, көп ретті қолданудан түскен пайданы тікелей бағалауға және оларды қажетті қосымша талпыныстармен салыстыруға болады. Осының бәрі соңғы интеграцияға талпыныстарды (усилие) азайту және SoC жобалауындағы қатерді азайту мақсатында сертификаттау, сипаттау және көп ретті қолданылатын ІР блоктардың кітапханаларын құжаттау үрдістеріне зор маңыз береді.

Тұғырнамалық жобалау

Алдыңғы бөлім IP-ді (немесе виртуалды құраушыларды) бөлек блоктар базасы негізінде көп ретті пайдалануға арналды. Бірақ, соңғы бірнеше жылдарда «тұғырнамалық жобалау» деп аталатын виртуалды құраушыларды көп ретті пайдалануына және күрделі SoC жабалауына деген анағұрлым біріктілген амалдар пайда болды. Берілген мәселелерге байланысты толығырақ ақпаратты [6,7,8,9]-дан табуға болады. Ал мұнда біз тұғырнамалық жобалауды тек бір жақты қарастырамыз.

Біз тұғырнамалық жобалауды талап етілетін күшінің, жобалау уақытының және күрделі SoC анықтаулары (верификациялары) мен талдамаларының жобалық қаупін азайтатын жоспарланған жобалық әдістеме ретінде анықтай аламыз. Блоктар негізіндегі көпретті қолданудан тұғырнамалық жобалаудың бөлек ерекшелігі ‒ құраушылар тобын көпретті қолданылатын тұғырнамалық архитектураға жинайды. Мұндай көпретті пайдаланылатын архитектура алдын ала параметлренген және алдын ала верификацияланған виртуалды құраушылардың (HW және SW қолданбаларына бағдарланған) кітапханасымен қоса SoC біріктіруінің тұғырнамасы болып табылады.

Өндірістік жобалауда тұғырнамалық жобалау танымалдылығының өсуінің бірнеше себептері бар. Бұған жобалау өнімділігіндегі ұлғаю, тәуекелдің азаюы, алдын ала біріктірілген виртуалды құраушыларды басқа қолданбалы аймақтардан анағұрлым нәтижелі пайдалану мүмкіндігі және бұрын SoC архитектурасын қайта қолдану мүмкіндігі жатады. Индустриялы тұғырнамаларға толығымен қолданбадағы тұғырнамалар, қайта конфигурацияланатын тұғырнамалар және процессорлы-бағдарланған тұғырнамалар жатады [10]. Philips Nexperia және TI ОМАР сияқты толығымен қолданбадағы тұғырнамалар нақты қолданбалы аймақтарға арналған жүзеге асыру құралдарының толық жиынтығын қамтамасыз етеді [11]. ARM Prime-Xsys сынды процессорлы-бағдарланған тұғырнамалар шинаның шиналық архитектурасымен, нақтылы операционды жүйесімен (RTOS) бірге приферияның базалық жиынтығымен сәйкес келетін процессорда орналасып, негізделеді. Xilinx Platform FPGA және Altera SOPC секілді қайта конфигурацияланатын немесе «жоғары бағдарламаланатын» тұғырнамалар жобалаудың берілген маршруты бойынша САПР құралдарымен, қауымдастырылған (ассоциацияланған) IP кітапханаларымен, қайта конфигурацияланатын логикамен біргепроцессордың hard-core-ын ұсынады.

SoC біріктірілген тұғырнамаларын пайдалану SoC жобалау үдерісін 2 негізгі аспектіде өзгертеді:

• Базалық тұғырнама тұғырнама авторларын таңдау арқылы SoC жобалауының нысандандырылған және мамандандырылған үдерісі негізінде өңделуі қажет. Еншілес (туынды) жобаларда көп ретті қолданыс үшін SoC тұғырнамаларын құру барысында тұғырнаманың барлығын және оның HW/SW құраушыларының нысандандырылған кітапханаларын толықтай жүзеге асыруға дейін жеткізу қажеттігін есте сақтау керек. Тұғырнаманың толық сипаттамасы үшін, нысандандырылған кітапханалар үшін, сондай-ақ көп ретті пайдалану үлгілерін құру үшін қаншалықты қажет болса, жүзеге асыру соншалықты дәрежеде орындалу керек. Тұғырнаманы құру үрдісінде, сонымен қатар, тұғырнаманы және оның туынды жобаларды жобалау үрдісіндегі кітапханасын қайта қолдануға қажетті, мұрағатталатын және қолайлы түрде сақталатын барлық жобалық файлдар да маңызды болып табылады. Бұған туынды жобаларды жобалау барысындағы конфигурацияланған тұғырнамаларды автоматты түрде құруға мүмкіндік беретін конфигурациялы бағдарламалар мен скрипттердікүйге келтіру әдістері де кіруі қажет.

• Жобалау үрдісі берілген біріктіруші SoC тұғырнамасын пайдаланатын барлық туынды жобалар үшін қолданылуы және құрастырылуы қажет. Сонымен бірге мұрағаттан тұғырнаманы шығару үрдістері, туынды жобалар үшін реконфигурационды күйге келтіру кіріспелері/енгізулері, туынды жобалар үшін жобалық файлдар генерациялары, туынды жобаларды анықтау (верификациялау) үшін сәкес келетін орта генерациялары, сондай-ақ кітапханалардан құраушыларды таңлау мүмкіндігі, олардың модификация мен барлық тұғырнама шеңберінде тексеру мүмкіндіктері, және берілген туынды қолданба үшін жаңа құраушыларды (тұғырнама мүмкіндік беретін шеңберде) құру мүмкіндігі қамтамасыз етілуі керек.

Қайта конфигурацияланатын немесе жоғары бағдарламаланатын тұғырнамалар SoC тұғырнамалық жобалау үдерісіне өзінің нәтижелі қосымшасын қосады. FPGA тұғырнамасы мен SoC құрылғысын «мета-тұғырнама» ретінде, яғни тұғырнама құруға арналған тұғырнама ретінде қарастыруға болады. Жобалық топтар құрылғы мәліметтерін Xilinх и Altera сияқты компаниялардан ала алады. Бұл құрылғыларда жалпы мүмкіндіктердің базалық жиынтығы және IP ‒ кіріктірме процессорлар, чиптегі шиналар, MACs және SERDES секілді арнайы IP блоктар, сондай-ақ IP блоктартардың алдын ала анықталған (верификацияланған) басқа жиынтықтары болады. Содан кейін жобалық топтар өзінің мамандандырылған IP кітапханаларын қоса отырып, бұл мета-тұғырнаманы нақты қолданбалы аймақтан түрлендіруі мүмкін. Соңында алынған тұғырнама базалық мета-тұғырнаманы таңдай алатын және оны нақты қолданбаға қажетті IP блоктарды таңдай отырып, алдын ала берілген шеңберде аралық тұғырнамаға (жоғарыда айтылған) конфигурациялай алатын, туынды жобалар бойынша жұмыс істейтін жобалық топтарға беріледі.

ASIC және ASSP жобалауының эволюциясы

Тапсырысты, ASIC және ASSP-ді (Application Specific Standard Parts) басынан құрайтын жобалаулардан көп ретті пайдалану негізіндегі SoC жобалауға өту эволюциясы табиғи түрде, блоктық жобалау үдерісінен эволюция тоқтап қалуы мүмкін кезеңінде өтеді. Блоктық жобалаудан (толық тапсырысты ASIC жобалау маршрутына табиғи түрде жиналатын) тұғырнамалық жобалауға ауысу туралы шешім бірнеше факторларға тәуелді.

SoC тұғырнамалары барлық қолданбалы аймақтар үшін ақталмаған. Анағұрлым жоғары өнімділікті, қоректі азырақ тұтынуды және/немесе анағұрлым төмен бағаны (мысалы, жоғары өнімділікті процессорлар мен серверлер, жоғары сапалы желілік жабдықтар, немесе бағасы бойынша өте төмен, тұтыну қолданбаларына арналған аралас SoC (mixed signal)) талап ететін қолданбалар үшін блоктық жобалау біріктірумен және үлкен тәуекелмен айтарлықтай күш салу арқылы ең аз көпретті қолдануға алып келетін болса да, ең оңтайландырылған болып табылуы мүмкін. Әрине, мұндай қолданбалар жобалаушы топтардың көбеюін және жобалау талап ететін уақыттың артуын ақтау керек, ал осымен байланысты анағұрлым жоғары тәуекел өнімнің ұзақ уақытты келешегімен немесе жай ғана оның танымалдылығымен теңгерілуі тиіс.

Алайда жобалық топтардың жобалаудың блоктық үлгісінен тұғырнамалық жобалауға ақырындап ауысу мүмкіндігі болатын көптеген қолданбалы аймақтар бар. Мысалы, егер SoC-тің кең жиынтығы жалпы процессорлы ішкі жүйені (нысандандырылған шинамен (мысалы, АМВА) бірге ARM негізіндегі RISC процессор, DMA, және т.б.) пайдаланады леп күтілсе, онда осы процессорлы ішкі жүйенің SoC туынды жобаларындағы кезекті көп ретті қолдануға арналған «мини-тұғырнамаға» айналу талабының ақталуы әбден мүмкін. Егер қандай да бір интерфейс немесе функционалды процессорлы блок SoC-тің жоспарланған біраз бөлігінде пайдаланылатын болса, онда оларды алдын ала сертификттай және параметрлей отырып, берілген процессорлы ішкі жүйеге қосуға болады. Бұл енді, қолданбаға бағдарланған SoC тұғырнамасына ұқсай бастайды, бірақ мамандандырылу дәрежесі мен бағдарлану толығымен жобалық топтың бақылауында болады және де шығынды төмендететін болса, қалаулары бойынша кеңейтілуі мүмкін.

Алдында жаңа SoC құру міндеті тұрған жобалық топ сыртқы тұғырнаманы (Philips немесе TI сынды жартылайөткізгішті жеткізушіден не PrimeXSys [11] тұғырнамасы бар ARM сынды IP жеткізушісінен) пайдалану мен алуды және блоктық амалдарды пайдалану немесе бәрін басынан бастаудың орнына берілген тұғырнама негізінде SoC-ті өңдеуді шеше алады. Бұрынырақ талқыланған Xilinx сияқты қайта конфигурацияланатын тұғырнамалар жеткізушілерінің «екі қатпарлы» тұғырнамалары, өз кезегінде, FPGA кемшіліктерін икемделу мен өнімді жылдам құру артықшылықшылықтары бағасы, өнімділігі мен қуаты бойынша ауыстыратын кейбір қолданбалы аймақтарда өте қызықты мүмкіндіктерді ұсынады.