1、密级： 保密期限：姥案却童天警工程硕士研究生学位论文题目：兰g遮让堡撞皇壁望筮鲑的丕统塞盛学 号：04R0290姓 名：=E查錾专 业：金些运萤信息丝导 师：型翅直学 院：筮仕堂医2006年05月22jI c设计环境与EDA软件的系统集成摘要随着半导体技术的飞速发展，以及中国市场对消费电子设备的强劲的需求，政府对行业进行大力扶持，使得本土Ic设计公司面对着前所未有的机会和挑战。IC设计公司最终出来的产品不仅取决于设计，还受到设计效率，市场需求和制造环节等多方而的影响。这在时问决定胜负的Ic应用市场，给尚处于从初创转向理性发展，资金、技术、人才都非常紧张的本土弱小iC设计公司造成很大的不利局面。
2、通过优化设计流程和提高工作效率由此带米的成本降低、周期缩短将会起到曰益明显的正向推动作用。论文主要：1)讨论了Ic设计平台集成和优化，包括利用高级操作系统的Shell，开发脚本程序，完成多种操作系统和硬件平台SOLARIS，LINUX，HPUNIX)的集成环境，从而提高管理效率，减少维护成本； 2)讨沦了利用开源软件和Ic设计流程的集成和优化，包括利用开源软件和开发系统Shell灵活高效率脚本程序，对设计流程做优化，替代昂贵的商业软件，降低国内设计公司的运营成本； 3)详细描述了Ic设计流程和EDA软件优化；4)描述了利用TCL和TK脚本语言，开发设计的图形界面EDA软件许可证的启动管理和查看
3、管理程序，从而大大提高了EDA许可证使用率，减少设计人员等待许可证，浪费时间，延长设计周期等问题。本论文所描述的应用程序和脚本程序，已经在上海华亚微电子 T TI内部进行了实施，经过实践检验，效果很好。降低20左右的硬件的使用成本，提高35以上EDA软件许可证的使用效率，在缩短开发周期的同时，使得我国的中小Ic设计企业大大降低许可证购买费用。关键词： 集成F1：I路综合仿真设计流程许可证知识产权IC DESIGN AND EDA SOFTWARE INTEGRATl0NABSTRACTThere is showing a great need in EE in China for the de
4、velopment ofsemiconductor technologyAuspice from government makes allopportunity and challenge there to the domestic IC designing corpsNotonly designing but efficiency,market demands and producing processionthat has effect on the final product of the IC designing companiesThefaster is the winner in
5、IC applicationsThe thesis discussed 1)gave the method on integration andoptimizing of the IC designing platformMaMng exploitations of scriptprogram to set up a integration environment of types of OS and hardware(such as SOLARIS，LINUX，HPUNIX)by Shell of operation system，which leads to a result on the
6、 improvement of management andmaintenance costs2)introduce how to integrate and optimize by ICdesigning process and open sourceThat is gaining agility Oil highefficiency script program，optimizing the designing process，taking theplace of those expensive commerce programs，lower the costs ofoperation b
7、y Shell of open source and open out3)set a well descriptionon IC designing procession and EDA optimizing4)illustrate the scriptVlanguage of TCL and TK，management of startup and monitor programson(GUI)graphical use interfaces EDAAll that mentioned above wouldgive a good solution on the following ques
8、tions such as how to raise theefficiency of the use on EDA license，not to let the designer waiting for apassport，prolong the cycle of designingApplications and script discussed here have been carried out inShangHai Huaya Micro corpand proved to be effectiveThat reduce thecost on hard wears by 20whil
9、e raise the use of EDA license by over3 5It brings a short research cycle when reduce the cost mostly onbuying the license for OlAF medium and small sized enterprises in ICdesigningKey words：ASC(Application-Specitic Integrated Circuit)Synthesis，Simulmion，Design flowLicense，1P(Intellectual Propeay)V独
10、创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的况明并表示了谢意。申请学位沦文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 互态煎 日期： 2d!立：盟关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国
11、家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。11项目背景及意义第一章 绪论近几年，中旧大陆地区的半导体产业快速发展，本土lc设计业蓬勃兴起，既出现大量机会，也而临着诸多(j挑战。巾固火陆地区经济实力持续提高、人均消费水平不断增强以及信息化浪潮大力推动等多项积极因素的影响，中国Ic市场销售规模从2000年的945亿元快速增长到2005年
12、的约3200亿元，年复合增长率达324，而且预计这种增氏速度至少还将持续到2008年。市场需求是产业发展的动力。 ”其中IC设汁公司处于整个产业链上游的本土Ic设计公司最终出来的产品不仅取决于设计，还受到设计效率，市场需求和制造环节等多方面的影响。这在时间决定胜负的TC应用市场，给尚处于从初创转向理性发展，资金、技术、人才都非常紧张的本上弱小lc设计公司造成很大的不利局面。通过优化设计流程和提高工作效率由此带来的成本降低、周期缩短将会起到日益明显的正向推动作用。12 IC设计的挑战和机会Ic设计业兴起f上Ili：ii 90年代。自1999年以后，Ic设计业规模逐渐扩大到目前为止，国内设计企业总
13、数达450家左右。以应用为核心的消费电子时代，对Ic设计业柬说，不仅意I床着更大的需求，还有更多的机遇。这首先体现在具有知识产权的芯片_j。虽然国内Ic设计企业与国际大公司还有很大的差距，但也有4050的设计公司具备了独立下单的能力，同时也州有了一批具有自主知识产权的芯片。Ic设计在自主产品的技术含金量也不断提高。从消费电子市场自身来看，高档电视、DVD和数码相机等已成为消费热点。同时，越来越多的全球电子设备生产工作外包给亚太地区，进一步带动了半导体产业的发展。在消费电子市场的刺激下，IC市场需求将不断增长，预计到2010年，我国将成为全球第二大IC市场。据分析，到2007年底，我国的品圆产能
14、将达到全球的十分之一；到2020年，我国有可能成为全球最重要的IC制造生产地。我国政府也大力扶持本二I中小Ic设计企业，提供一系列的优惠政策，从支持单个企业刮产业链剌核心竞争力。突山数字电视、手机、显示驱动求l消费类的关键芯片等重点产品。为提高国内IC产品核心竞争力，政策由对扶持企业项目转变到加强扶持承担重点项目企业，将支持单个企业创业转变到以建立核心产业链中j占片组的关联企业为引导，重点放在如：数字电视、手机、显示驱动和消费类的关键芯片等方向上，同时引进软件工程、嵌入式系统支持和市场推广等手段，形成国内Ic产品的整体优势消费电子市场同样能为Ic设计业带柬新的机遇。而这些，都为Ic设计企业在消
15、费b予领域的发展提供了良好的市场基础。目前国内Ic设计产业链的不完善，使集成电路设计企业在设计平台服务、后端设计服务、IP服务、MPW投片服务、测试服务等方面的需求不断。甚至由于技术服务体系的不完善而影响到企业的发展和设计能力的提高，而单一企业又很难自身投入建立完整的服务环境和技术支撑体系。培养实用技术型的设计专业人才。IC设计业需要更多的二争业设计人爿，但目前的人爿培训更多地是还停留在工具推广技术培训层面上。通过建立系统的职业技能培训、进行序列的职业资格考核，培养基础扎实、动手能力强的实用设计专业人才也是缓解集成电路设计、发展的人才瓶颈的方式之一。同时中固本土Jc设计企业同样I衙临设计尺寸在
16、缩小，芯片系统集成度在提高的同时，也同样面列EDA工具发展的挑战。总之，Tc设计产业存中国不断的做大，在快速发展。在当前情况下缩短设计周期和l设计成本控制是最大挑战中国Ic没计公司的问题。13 EDA软件发展过程和现状集成电路产业是以市场、设计、制造、应用为主要环节的系统工程。设计是连接市场和制造之M的桥梁，是集成电路产品开发的入口。成功的产品来源于成功的设计，成功的设计取决于优秀的设计工具。其中用于Ic设计的EDA工具从发展到现在经历了：j个大的阶段，第一代：在集成电路产业发展初期集成电路设计附属于半导体工业加工。这样的系统为IC没计师提供方便的版图编辑、设计验证和数据转换等功能。第二代：7
17、0年代来，80年代初为设计师提供了方便的原理图编辑、仿真和物理版图的柑图、验证功能。代表：以AppliCOB，Calma，CV为代表的版图编辑+DRC；八十年代以Mentor，Daisy，Val id为代表的CAD系统，从原理图输入、模拟、分析、到自动和图及验证。第三代：90F代初包括有系统级的设计工具。以Cadence，Synopsys，Avant l等为代表的ESDA系统，包括有系统级的设计工具。2目前第四代IC EDA软件正在紧锣密鼓地进行丌发和测试中。由于集成电路的工艺水平已经进入深亚微米(Ompcode_baktgz(将roogcode目录下的所有程序文件打包备份至lJhmpcode
18、_baktgz)9tar xzvftmpcodebaktgzrootcode(将备份的目录文件恢复到指定目录)当然，我们的设计数据是不断增加的，同时在执行命令的同时，系统会消耗很多的wo资源，并造成一定的网络负载。绝大多数情况我们不会在白天使用TAR命令来进行大量的数据备份。这样会和设计项目抢占资源，不是最有效率的做法。高级操作系统中都会提供使用系统调度命令crontab，定时完成命令，利用tar和crontab我们可以完成R常定时，完全备份。编辑varspoolcrordcrontabs文件，10 36 scriptbackup (在每个周六早上3点10分的时候自动执行scriptJback
19、up脚本。其中back是自己根据Ic设计数据存放的路径，和想要存放备份的存贮空问，加上时问参数来完成的。#Backup ScriDt#社!bincsh mydata=、exportdesigns、backup=、NetworkStorageWeeklybackup、date=date+Ymdcd$mydata，tar cvf$backupproject$datetar projeat ，通过上面的脚本将在每个周六自动执行exportdesignsproject的备份工作，会在网络存储器上产生一个带日期的项目备份文件，使得数据存放的有规则，也方便数据的恢复。随着设计数据不断增大，分时分次，执行对
20、数据执行完全备份，是完全没有效率的。第一，完全备份占用大量的硬件磁盘空间。第二，备份所花费时问不断增加，恢复数据也变更加困难。第三，完全备份可以解决数据物理存放的安全问题，不能解决人为或系统造成的逻辑上的数据丢失。所以，执行数据的增量备份是非常经济有效的办法。也是Ic设计数据完全备份的很好补充。根据UNIX高级操作系统提供给我们的系统备份命令和时间命令，我们可以编写很个性化午灵活的备份脚本文件。同时产生带时M戳的的增量备份文件。非常方便和容易管理，并在需要时候剥其恢复。 。#!binsh#设置备份数据所在的主机和目录以及备份存放的目录COMPUrER=myhostDIRECTORIES=”ho
21、medesigns”BACK_UPDlR=networkStoragebackupsYIMEDIR=backupslastlullTAR=bintar#设置系统路径和备份f向时间系数PATH=usr10calbin：usrbin：bin20DOW=、date+a、DOM=date+d、DM=、date+db#Day oftheweek#Date ofthe Month#Date andMonth#在每个月的第一天执行完全备份#每个周同执行完全备份，并覆盖上一个星期天所做的完全备份#Monthly full backup每月的第一天执行一次完仓备份if$DOM=”叭”；thenNEWER=m$T
22、AR$NEWERcf$BACKUPDIIV$COMPUTER一$DMtar$DIRECTORIESG#Weekly full backup每周=I执行一次完全备份if$DOW=”Sun”】；thenNEWER=”“NOW=、date+d一b、#Update full backup date更新数据备份的时问戳echo SNOW$TIMEDI刚$COMPUTER一凡11一date$TAR$NEWERcf$BACKUPDIR$COMPUTER一$DOWtar$DIRECTORJES#Make incremental backup一，执行增量备份else#Get date of last fifll
23、 backupNEWER=”一newer、cat STIMEDIR$COMPUTERfull一date”STAR$NEWERcf$BACKUPDIR$COMPUTER一$DOWtar$DIRECTORIESfi333使用cpio命令进行数据备份Cpio命令可以从tar或者cpio档案文件中拷入或者拷出文件。cpio命令和tar命令兼容，但是这个命令具备一些tar命令没有的功能，Cpio有三种操作模式在copyout模式中，cpio把文件复制到归档包中。它从标准输入获得文件名列表(一行一个)，把归档包写到标准输出。生成文件名列表的典型方法是使用find命令：你可能要在find后面用上一dep L
24、h选项，减少因为进入没有访问权限的目录而引起的麻烦。在copyin模式中，cpio从归档包里读取文件， 或2者列出归档包里的内容。它从标准输入读入归档包。任何不是选项的命令行参数被视为Shell的通配符模式串(globbing pattem)： 在归档包中，只有文件名匹配这些模式串的文件才能复制出来。和Shell中不一样，文件名起始处的可以匹配模式串起始处的通配符，文件名巾的也可以匹配通配符。 如果没有给出模式串，那么将读出所有文件。这种模式，可以让我们从以有的备份文件中，快速和准确的提取，我们所需要的单个文件。而不必要整个恢复原有的全部数据。在copypass模式中，cpio把文件从一株目录
25、树复制到另一棵，它结合了copyin和copyout的操作，但不使用归档包。cpio从标准输入读取欲复制的文件名列表：目标目录作为非选项的命令行参数给出。Cpio系统备份命令还支持很多种文件格式binary,old ASCII，ncw ASCII，crc，HPUXbinary，HPUX oldASCII，oldtar，和POSIX1，tar。”binary”格式是过H,I-格式，因为它保存文件信息的方法无法应用在不同体系的机器问移植。”old ASCII”格式可以跨平台使用，但是不能用于超过65536个i节点的文件系统中。”newASCII”格式可以跨平台使用，也适用于任意大小的文件系统，但不
26、是所有版本的cpio都支持：目前只有GNU和SystemVR4的cpio支持。”crc”格式类似于”new ASCII”格式，同时对每个文件计算校验和。cpio在创建归档包时算出校验和，解丌文件时进行校验。在Ic设计公司中，CPIO命令经常使用对于跨地区的丌发同队丌发，互相传送工艺参考数据，和分阶段验证结果。由于CPl0的可以支持多种文件格式，和跨平台操作，保证传送数据完整性。334使用gziP命令进行备份数据设计规模的不断增大的同时，设计数据也会变的很庞大。就会占用越来越多的硬件存贮空问。显然这是不经济的。系统Gzip命令可以通过压缩的办法。减少文件大小。这样做对Ic设计环境有几个明显的好处
27、，一是可以减少备份数据存储空间，二是通过网络传输文件时，可以减少传输的时间。第三是，由于更新lC设计数据和参考工艺数据库时候，都是根据不同厂商使用工艺，对文件进行压缩批量。当我们需要把多个IC设计数据进行GZIP压缩和解压缩的时候，采用命令行的方式，手工去对每一个文件进行压缩是没有效率的。为了能够多多个设计文件和工艺文件同R、J进行压缩和解压缩，利用系统Shell脚本提供的Fordo的循环语句。编写的能够同时完成对同一目录下的多个文件进行压缩和解压缩的Shel l脚本文件(附录2数掘文件压缩和解压缩的Shell脚本)。335用rsync和rsnapshot实现快照备份在IC设汁环境up，同时有
28、多种操作系统年I和系统文件比如ufs，ext3，nfssambs等，司时整个系统能够7X24小时的无川断运行，整个网络流量和负责很大等情况，这对发计资料和系统的备份有着更高的要求。矛0用UNIX和l。17NUX操作系统中的，tar cpio和gzil)进行备份，有方便简单等优点。但是，他们同样有速度慢，占用大量的IO资源，时效性差，占用大量的磁盘空间，当利用网络尽心网络备份时候，占用比较大的网络带宽资源等问题。不能具有时效性的逻辑备份和恢复能力。基T-Unix和LINUX的Rsync工具是一个小巧的算法的强大实现的开源软件。它最基本的功能是高效地镜像一个文件系统的能力。使用rsync，可以灵活
29、地选用一组网络协议，诸如我们IC设计中用到的nfs，smb或ssh，方便地让一个文件系统与另一个文件系统保持同步更新，可以很轻松的写出根据rsync功能特点的系统Shell脚本。(附录3 rsync设计数掘同步Shell脚本)。Rsync的第二个功能，也就是备份系统使用的功能，它可以把已经发生改变或是被删除的文件的老的版本归档。这样就可以很轻松的找回被不小心删除的文件，这个功能使我们能都做到Ic设计数据的及时逻辑备份和恢复的能力。在传统的UNIX备份工具，山于备份和恢复的时效比较差，因此只能做到远程的物理Iz的备份，不能达到对于【C设计中要求比较的高的逻辑备份。当一个设计人员由于某种原因，不慎
30、删掉自己2个小时前，已经过验证过的多个设计网表文件，这个时候传统的备份方法由于只能偏重在物理上数据，而对大多数的逻辑上的错误恢复是无能为力的。而上砸的例子也是我们在Ic设计中经常遇到的实际情况，如果不能及时恢复以外丢失掉的重要的设计数掘，有时候将整个设计项F1进度退后，其损失也是巨大的。为了在IC设计环境中能够执行时时的逻辑备份，保证能够对设计项目进行远程物理备份的同时，能够执行逻辑上的备份。同时还能够执行rsyc所不能Ic设计数据增量备份。使用传统的备份方法会占用主机的大量I0资源，当进行网络备份时，对网络带宽和硬捅：容量也有很大的消耗，这样就会对设计：1J作造成一定的影响。使用丌源快ji软
31、件rsnapshot能够帮助我们完成对jF在进行中的Ic设计项目完成完全物理各份，分时段的逻辑错误备份，数据增量备份。利用rsnapshot快照备份工具结合系统Shei 1脚本文件(附录4 Rsnapshot快照备份配置脚本文件)可以做出快速灵活的备份策略。可以足够灵活的制定出，符合Ic设计各个流程的备份策略和方法。并可以根据快照备份所产生的数据规范文件(附录5 Rsnapshot快照备份存储目录)，每个快照备份的数据目录都有一个准确的时问戳，能都完成整个跨平台设计项目，每月，每周，每天每时的逻辑备份。对本土IC设计公司用来取代VERITAS的Netbackup昂贵的商业应用备份软件。利用最小
32、的资源丌销，对极其重要的设计数据备份，保证了设计数据的时时性，可以用性，完整性，和安全性，为每一个Ic设计项目提供充分的数据安全保障。第四章lc设计流程与EDA软件的优化41 Ic设计方法和基本流程随着半导体工艺水平的发展使得lc集成度的进步提高成为可能，Ic设计步伐已经从VLSI(very large-scale integrationj时代迈进了ULSI(ultra largescale integration)的时代。随着VLSI工艺技术的成熟，VLSI：!j=片设计也面临着一些问题：芯片功能和性能的发展，使得芯片规模越来越来大，工作速度和频率越来越快，随之设计和丌发时|日J周期越来越长
33、，芯片的质量也难于控制，设计成本高速上升。这种情况很像很多年以前软件设计所面临的问题样，设计规模上不去，设计质量难于控制，设计周期无限延长，等等。正是在这种背景下，导致软件设计方法学在开放性，可移植性，面向对象的方面发生深刻变革。正是由此现在硬件设计方法，有很多系统方法是从软件工程中学习和借鉴的。41集成电路的发展概述集成电路的发展从70年代到现在经历了SSIMIS，LSI，VSLlULSI等几个发展阶段。70年代初期的SSI(Small Scale Integration)仅包含几个逻辑门(1到10个门不等)，实现一些基本的”与非”或”或非”逻辑。几年以后，MSI(MediumScale I
34、ntegration)，做成常用的功能块，记数器，译码器等。80年代开始进入LSI(Large Scale Integration)，比较强的集成功能，开始出现16位处理器，Motoral M68000(七万个品体管)，Inter 80286(125万个晶体管)，80386(275)万个晶体管等。90年代进入VLSI(Very Large Scale Integration)时代，具有电路与系统的单片集成功能。32位处理器。80486，超过100万个晶体管；98年PentiumlII 1000万个晶体管。到今天出现ULSI(Ultra LSI，GISi(GiantLSI)，SOCSOPC系统；Intel Presoctt系列处理器(正式为Penttium 4E)，内部集成一亿两千血百万个品体管；2GHz的PentiumM移动j占片。半导体行业其最著名的定律就是摩尔定律(MooreS law)。摩尔定律是指：Ic上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是出英特尔(Intel)名誉董事长戈登摩尔(Gordon Moore)经过长期观察发现得之。图41是描述摩尔定律下的时间和晶体管数的对应关系。
