Mantık sentezi - Logic synthesis

Olarak bilgisayar mühendisliği , mantık sentezi arzu soyut bir tarifnamesi bir işlemdir devresi tipik olarak davranış, yazmaç aktarım seviyesinde (RTL) cinsinden bir tasarım uygulama haline getirilir mantık kapıları tipik olarak bir tarafından, bilgisayar programı olarak adlandırılan sentez aracı . Bu işlemin yaygın örnekleri, VHDL ve Verilog dahil olmak üzere donanım tanımlama dillerinde belirtilen tasarımların sentezini içerir . Bazı sentez araçları oluşturmak bit akışlarını için programlanabilir mantık cihazları gibi PALs veyaFPGA'lar , diğerleri ise ASIC'lerin oluşturulmasını hedefler . Mantık sentezi, elektronik tasarım otomasyonunun bir yönüdür .

Mantık sentezinin tarihi

Mantık sentezinin kökleri, şu anda Boole cebiri olarak adlandırılan George Boole (1815-1864) tarafından mantığın ele alınmasına kadar izlenebilir . 1938'de Claude Shannon , iki değerli Boole cebrinin anahtarlama devrelerinin çalışmasını tanımlayabileceğini gösterdi. İlk günlerde, mantık tasarımı doğruluk tablosu temsillerini Karnaugh haritaları olarak manipüle etmeyi içeriyordu . Karnaugh haritasına dayalı mantık minimizasyonu, haritalardaki girişlerin nasıl birleştirilebileceğine dair bir dizi kural tarafından yönlendirilir. Bir insan tasarımcı tipik olarak yalnızca dört ila altı değişken içeren Karnaugh haritalarıyla çalışabilir.

Mantık minimizasyonunun otomasyonuna yönelik ilk adım , bir bilgisayarda uygulanabilen Quine–McCluskey algoritmasının tanıtılmasıydı . Bu kesin minimizasyon tekniği, iki seviyeli minimizasyonun temel taşı haline gelecek olan asal çıkarımlar ve minimum maliyet teminatları kavramını sundu . Günümüzde, çok daha verimli Espresso sezgisel mantık küçültücü , bu işlem için standart araç haline geldi. İlk araştırmaların bir başka alanı , tasarımcıların belası olan bir görev olan durum minimizasyonu ve sonlu durum makinelerinin (FSM'ler) kodlanmasıydı. Mantık sentezi uygulamaları öncelikle dijital bilgisayar tasarımında yatmaktadır. Bu nedenle, IBM ve Bell Labs , mantık sentezinin erken otomasyonunda çok önemli bir rol oynadı. Evrimi ayrık mantık komponentlerin programlanabilir lojik diziler (ÜLR'leri) bir PLA'nın alanını minimize bir iki seviyeli gösterimi koşullar minimize, çünkü etkili bir iki seviyeli en aza indirilmesi için ihtiyaç hızlandırdı.

Ancak, çok büyük ölçekli bir entegrasyon (VLSI) tasarımında iki seviyeli mantık devreleri sınırlı öneme sahiptir ; çoğu tasarım birden fazla mantık düzeyi kullanır. Nitekim, RTL veya Behavioral Description'daki hemen hemen her devre gösterimi çok seviyeli bir temsildir. Çok seviyeli devreler tasarlamak için kullanılan erken bir sistem IBM'den LSS idi. Mantığı basitleştirmek için yerel dönüşümler kullandı. LSS ve Yorktown Silicon Compiler üzerinde yapılan çalışmalar, 1980'lerde mantık sentezinde hızlı araştırma ilerlemesini teşvik etti. En dikkat çekenleri California Üniversitesi, Berkeley'den SIS , California Üniversitesi, Los Angeles'tan RASP ve Colorado Üniversitesi, Boulder'dan BOLD olmak üzere birçok üniversite araştırmalarını kamuya açık hale getirerek katkıda bulunmuştur . On yıl içinde teknoloji, elektronik tasarım otomasyon şirketleri tarafından sunulan ticari mantık sentez ürünlerine geçti.

mantık öğeleri

Mantık tasarımı , bir elektronik devrenin işlevsel tasarımının , mantık işlemlerini , aritmetik işlemleri , kontrol akışını vb. yakalayan gösterime dönüştürüldüğü standart tasarım döngüsündeki bir adımdır . Bu adımın ortak bir çıktısı RTL açıklamasıdır . Mantık tasarımını genellikle devre tasarımı adımı takip eder . Modern elektronik tasarım otomasyonunda , mantıksal tasarımın parçaları , devrenin davranışsal tanımına dayalı olarak yüksek seviyeli sentez araçları kullanılarak otomatikleştirilebilir .

Boole işlemlerinin çeşitli temsilleri

Mantık işlemleri genellikle AND, OR, XOR ve NAND işlemlerinden oluşur ve bir elektronik devredeki en temel işlem biçimleridir. Aritmetik işlemler genellikle mantık operatörleri kullanılarak gerçekleştirilir.

Üst düzey sentez veya davranışsal sentez

Ana madde: Üst düzey sentez

Tasarımcı verimliliğini artırmak amacıyla, davranışsal düzeyde belirtilen devrelerin sentezine yönelik araştırma çabaları, 2004 yılında karmaşık ASIC ve FPGA tasarımı için kullanılan ticari çözümlerin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu araçlar, ANSI C/C++ veya SystemC gibi yüksek düzeyli diller kullanılarak belirtilen devreleri, geçit düzeyinde bir mantık sentez akışına girdi olarak kullanılabilecek bir kayıt aktarım düzeyi (RTL) belirtimine otomatik olarak sentezler. ESL sentezi olarak da bilinen yüksek seviyeli sentez kullanılarak, işin saat döngülerine ve kayan noktalı ALU'lar gibi yapısal bileşenlere tahsisi derleyici tarafından bir optimizasyon prosedürü kullanılarak yapılırken, RTL mantık sentezi ile (hatta davranışsaldan bile) Bir yürütme iş parçacığının bir saat döngüsü içinde bir değişkene birden çok okuma ve yazma yapabileceği Verilog veya VHDL) bu tahsis kararları zaten verilmiştir.

Çok seviyeli mantık minimizasyonu

Ayrıca bakınız: Mantık optimizasyonu ve Devre minimizasyonu

Bir mantık fonksiyonunun tipik pratik uygulamaları, çok seviyeli bir mantık elemanları ağını kullanır. Bir tasarımın RTL tanımından başlayarak, sentez aracı, karşılık gelen çok düzeyli bir Boole ağı oluşturur .

Daha sonra, bu ağ, teknolojiye bağlı optimizasyonlar gerçekleştirilmeden önce birkaç teknolojiden bağımsız teknik kullanılarak optimize edilir. Teknolojiden bağımsız optimizasyonlar sırasındaki tipik maliyet fonksiyonu , mantık fonksiyonunun (devre alanı ile oldukça iyi korelasyon gösteren) faktörlü temsilinin toplam gerçek sayısıdır.

Son olarak, teknolojiye bağlı optimizasyon, teknolojiden bağımsız devreyi belirli bir teknolojide bir kapılar ağına dönüştürür. Basit maliyet tahminleri, teknoloji haritalaması sırasında ve sonrasında daha somut, uygulamaya dayalı tahminlerle değiştirilir. Haritalama, teknoloji kitaplığındaki mevcut kapılar (mantık fonksiyonları), her kapı için sürücü boyutları ve her kapının gecikme, güç ve alan özellikleri gibi faktörlerle sınırlıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  • Entegre Devreler için Elektronik Tasarım Otomasyonu El Kitabı , Lavagno, Martin ve Scheffer, ISBN  0-8493-3096-3 Elektronik tasarım otomasyonu alanında bir araştırma . Yukarıdaki özet, izinle, Sunil Khatri ve Narendra Shenoy tarafından Cilt 2, Bölüm 2, Mantık Sentezi'nden alınmıştır.

daha fazla okuma