"في الوقت الحاضر ، في عمليات المراقبة المبكرة للحرائق وإنذار المباني ، لا تزال الشبكة السلكية مستخدمة. الخطوط مبعثرة في جميع أنحاء المبنى وتكلفة التركيب الأولية مرتفعة. في الوقت نفسه ، يمثل الخط نفسه أيضًا خطر حريق كبير. لذلك ، ظهر نوع جديد من نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي ، وهو مناسب وسريع التثبيت ، وتكلفته أقل ، ولديه مساحة تطبيق أكبر. المتحكم الدقيق هو أحد المكونات الأساسية لنظام مراقبة الحرائق. لا تستطيع المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة للأغراض العامة تلبية انخفاض استهلاك الطاقة ومتطلبات التكلفة المنخفضة لشريحة العقدة الرئيسية في نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي.
"
في الوقت الحاضر ، في عمليات المراقبة المبكرة للحرائق وإنذار المباني ، لا تزال الشبكة السلكية مستخدمة. الخطوط مبعثرة في جميع أنحاء المبنى وتكلفة التركيب الأولية مرتفعة. في الوقت نفسه ، يمثل الخط نفسه أيضًا خطر حريق كبير. لذلك ، ظهر نوع جديد من نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي ، وهو مناسب وسريع التثبيت ، وتكلفته أقل ، ولديه مساحة تطبيق أكبر. المتحكم الدقيق هو أحد المكونات الأساسية لنظام مراقبة الحرائق. لا تستطيع المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة للأغراض العامة تلبية انخفاض استهلاك الطاقة ومتطلبات التكلفة المنخفضة لشريحة العقدة الرئيسية في نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي.
من أجل السيطرة على جوهر التكنلوجيا لنظام مراقبة الحرائق اللاسلكية، وإنشاء منصة للبرامج والأجهزة تتمتع بحقوق ملكية فكرية مستقلة، وتعزيز تطوير نظام مراقبة الحرائق اللاسلكية في بلدي، من الضروري تطوير معالج دقيق لنظام مراقبة الحرائق اللاسلكية. أكملت هذه المقالة التصميم المادي لشريحة متحكم دقيق مخصصة لنظام الكشف عن الحرائق.
1 هندسة شريحة SW-A
شريحة SW-A عبارة عن شريحة تحكم هجينة رقمية تمثيلية مخصصة لنظام الكشف عن الحرائق اللاسلكي على أساس ARM Cortex-M0. تتبنى الحافلة هندسة الحافلات المزدوجة AMBA AHB و APB. يمكن أن يصل تردد التشغيل إلى 50 ميجا هرتز ويدعم مستويات متعددة. قسم التردد الداخلي ، يمكن أن يعمل أيضًا بتردد منخفض جدًا في وضع الاستعداد ؛ مدمج معدل أخذ عينات مرتفع 12 بت تقريب متتالي 8 قنوات ADC ، والتي يمكنها المسح بالتتابع من 8 أجهزة استشعار (مثل درجة الحرارة مدخل بطاقة الذاكرة : نعم ، مستشعر الدخان ، مستشعر شدة الضوء ، إلخ.)) يتم أخذ عينات الإشارة مباشرة وتحويلها وحفظها. يمكن لبرنامج الكشف الرئيسي قراءة البيانات المأخوذة من العينات المقابلة لمستشعر الهدف للمعالجة وتحديد ما إذا كان قد حدث حريق أم لا.
مدمج 18 KBSRAM ، والذي يمكن استخدامه ك FLASH و RAM بشكل مرن لتلبية مراقبة الحرائق وتخزين إجراءات المعالجة البسيطة. وهو يدعم تشغيل ISP (البرمجة داخل النظام) وتشغيل IAP (البرمجة داخل التطبيق) ، وهو ليس مناسبًا فقط لتحديث برنامج مراقبة الحرائق الرئيسي وترقيته ، ولكن أيضًا لتحسين البرامج. تتضمن الواجهة واجهة UART القياسية للصناعة وواجهة اتصال SSI (تدعم بروتوكول SPI و MicroWire و SSI) و 3 مجموعات (6 قنوات) PWM. تجعل الواجهات الغنية والوحدات الوظيفية لهذه الشريحة إمكانات كبيرة في توسيع الوظيفة.
2 التصميم المادي لشريحة SW-A
2.1 اعتماد عملية التصميم المادي
يتم تنفيذ التصميم المادي لشريحة SW-A بمساعدة أداة EDA من Synopsys IC المترجم ، باستخدام عملية التصميم النموذجية لمحول IC. بناء على TSMC (TSMC) 180 نانومتر عملية CMOS. بعد أن يصبح التصميم المادي جاهزًا (تصميم مكتبة المنطق ، وتعيين المكتبة الفعلية ، وتعيين الملفات ذات الصلة بـ TLU-Plus ، وتعيين قائمة الشبكة على مستوى البوابة للقراءة وقيود التأخير القياسية) ، يمكنك بدء التصميم المادي ، وإكمال تخطيط التصميم (تخطيط التصميم) ، والتنسيب ، وأطروحة مزامنة شجرة الساعة ، والتوجيه ، وإنهاء الشريحة.
2.2 تخطيط التصميم
يعد تخطيط التصميم خطوة مهمة للغاية في التصميم المادي للرقاقة ؛ وهي تشمل بشكل أساسي مخطط الطابق ومحطة الطاقة.
في ظل الظروف العادية ، قبل أن يبدأ التصميم ، غالبًا ما يحتاج المصممون إلى قضاء الكثير من الوقت في مخطط الأرضية وخطة الطاقة. تحدد جودة خطة التصميم بشكل مباشر استهلاك الطاقة للرقاقة ، وازدحام الخلايا القياسية ، وإغلاق التوقيت ، واستقرار مصدر الطاقة ، وما إلى ذلك. لذلك ، فإن تخطيط التصميم هو الخطوة الأكثر تكرارًا والتصميم اليدوي في عملية التصميم المادية بأكملها.
يجب أن يكمل مخطط الأرضية تخطيط الإدخال / الإخراج ، ووضع PAD ، ووضع الماكرو (بما في ذلك الوحدات التناظرية ، ووحدات التخزين ، وما إلى ذلك) ، بالإضافة إلى شكل الرقاقة ، والازدحام (الازدحام) وإعدادات المنطقة. كشريحة تحكم موجهة للمستخدم ، يجب أن يأخذ تخطيط الإدخال / الإخراج في الاعتبار بشكل شامل احتياجات المستخدم ومتطلبات التصميم ، كما أن الأبعاد الرأسية والأفقية لوحدات PAD الوظيفية المختلفة مختلفة أيضًا. في هذا البحث ، يتم وضع PAD ذات الأبعاد الأكبر في كلا الاتجاهين الرأسي والأفقي على الجانبين الشمالي والجنوبي للرقاقة ، ويتم وضع PAD ذات الحجم الأحادي الاتجاه الأصغر على الجانبين الشرقي والغربي للرقاقة مع الجانب الكبير المواجه للجنوب والشمال (انظر الشكل 2 (أ)). ضع PAD حول الشريحة بحجم أكبر في كلا الاتجاهين (انظر الشكل 2 (ب)). هذا التصميم فعال للغاية في تقليل مساحة الشريحة.
تشمل وحدات الماكرو التي تحتاج الشريحة إلى وضعها على SRAM و ROM و ADC و ANALOG_TOP. تنظر هذه المقالة بشكل شامل في علاقتها الموضعية بـ IO وتحددها حول الشريحة ، بحيث يمكن حجز منطقة فارغة في الشريحة لوضع الخلايا القياسية. من أجل ضمان الترابط بين الماكرو و PAD والوحدات القياسية ، لا يوجد سوى منطقة فارغة حول كل ماكرو. لا يُسمح بوضع الوحدات القياسية في هذه المنطقة تحت أي ظرف من الظروف. الأوامر المحددة هي كما يلي:
تم تصميم هذه الشريحة بمساحة 40 ميكرومتر محجوزة بين المنطقة الأساسية للخلية القياسية والماكرو و PAD لوضع حلقة الطاقة (PowerRing) والأسلاك المتصلة. لمنع تداخل الخلايا القياسية ، استخدم الأمر للتأكد من أنه لا يمكن وضع الخلايا القياسية إلا في قنوات يزيد ارتفاعها عن 10 ميكرومتر. بعد تعيين خطة تخطيط الشريحة ، استخدم الأمر creat_fp_placement للتخطيط المسبق. تم تصميم هذه الشريحة وإنتاجها باستخدام عملية TSMC 180 نانومتر. يتطلب العمل الجهد االكهربى 1.8 فولت وتذبذب جهد أقصى مقبول بنسبة ± 10٪. لذلك ، عند التخطيط لمصدر الطاقة في هذه المقالة ، يتم النظر بشكل شامل في متطلبات إمداد الطاقة للرقاقة وانخفاض الجهد الناتج عن خط التوصيل البيني (IR-Drop) ومنطقة شبكة طاقة أصغر ، وحلقتا طاقة و 14 حزام طاقة (حزام) مصممة. بعد تحليل شبكة الطاقة (Analyze Pow-er Network) ، يبلغ الحد الأقصى لـ IR-Drop لهذا التصميم 29.7 مللي فولت. الشكل 3 (أ) هو خطة تصميم الشريحة ، والشكل 3 (ب) هو مخطط توزيع انخفاض الجهد للرقاقة.
2.3 التخطيط
جودة التنسيب هي مفتاح نجاح أو فشل التصميم المادي للرقاقة. تتمثل المهمة الرئيسية للتخطيط في إكمال وقت الإعداد لوضع وإصلاح الوحدات القياسية في التصميم. قبل أن يبدأ التخطيط رسميًا، تحتاج إلى استخدام الأمر check_physical_design للتحقق من اكتمال إعداد التخطيط. يجب التأكد من أن مواضع كل من Hard Macro وIO ثابتة؛ جميع المنافذ المنطقية والمنافذ المادية في التصميم تتوافق مع بعضها البعض؛ جميع الوحدات المنطقية تتوافق معها الوحدة المادية؛ تم تثبيت أبعاد جميع الوحدات في التصميم. من أجل تسهيل التوصيل البيني والتوجيه، قبل البدء في وضع الخلايا القياسية، يمكن تعيين منطقة معينة في الشريحة كحاجز مكاني (Place-ment Blockage). تحتوي أدوات ICC على قيود مختلفة، مثل حظر الخلايا القياسية للتخطيط التقريبي، والسماح فقط للخلايا القياسية بتحسين التخطيط، والسماح فقط بالأسلاك، وما إلى ذلك؛ في هذا التصميم، تم تعيين مناطق تقييد تخطيط متعددة لتسهيل ADC، ANALOG_TOP، وما إلى ذلك. الاتصال مع IO (انظر الشكل 4 (أ)).
بعد أن يصبح التخطيط جاهزًا ، يمكنك استخدام الأمر place_opt لتنفيذ التخطيط مع قيود إضافية. ينفذ الأمر مكانًا خشنًا ، وتوليفًا شبكيًا عالي التباين ، وتحسينًا ماديًا ، وإضفاء الشرعية. حدد موقع الوحدة بالخطوات الثلاث الأولى (انظر الشكل 4 (ب)) ، وأخيراً ضع الوحدة القياسية في الموضع المحسوب بشكل صحيح من خلال التقنين (انظر الشكل 4 (ج)). الأوامر المحددة للتصميم المادي لهذه المقالة هي كما يلي:
الأدوات مطلوبة لإصلاح مناطق أخرى غير مسار الساعة الحرج ، بدرجة عالية من الجهد. استخدم أداة التحكم "-congestion" لتقليل ازدحام الشريحة قدر الإمكان لتسهيل الأسلاك اللاحقة ، واستخدم الخيار "-pow-er" للتحكم في تحسين الأداة ، تسرب استهلاك الطاقة واستهلاك الطاقة الديناميكي والتخطيط منخفض الطاقة.
بعد اكتمال التخطيط ، يظهر استخدام مساحة الرقاقة في الجدول 1. وتتركز درجة الازدحام بين 0.625 و 0.875 ، ودرجة الازدحام معتدلة. لا يوجد هدر في منطقة الرقائق بسبب الاستخدام المنخفض للرقائق أو الازدحام المفرط. هذا يؤدي إلى صعوبات في التصميم اللاحق وحتى إعادة التصميم.
2.4 توليف شجرة الساعة
تتمثل إحدى المهام الرئيسية لـ Clock Tree Synthesis في التحكم في انحراف الساعة ضمن نطاق مقبول لضمان عمل الشريحة بكفاءة وخالية من الأخطاء. استراتيجية تركيب شجرة الساعة لهذه الشريحة هي كما يلي: التوليف المنطقي لشجرة الساعة (clock-cts) ، والتوليف المادي لشجرة الساعة (clock-psyn) وأسلاك شجرة الساعة (مسار الساعة). تكمل مرحلة التوليف المنطقي لشجرة الساعة مهمتين فقط: من خلال حساب التأخير على كل مسار على مدار الساعة ، يتم الحصول على موضع وحجم المخزن المؤقت (المخزن المؤقت ، العاكس) الذي يجب إدراجه (يتم التحكم فيه بواسطة خيار الأمر -only_cts) ؛ نظرًا لوظيفة شبكة الساعة ، فإن الاستهلاك يمثل نسبة كبيرة جدًا من إجمالي استهلاك الطاقة ، لذلك يجب إجراء تحسين استهلاك الطاقة (الطاقة) أثناء توليف شجرة الساعة ولا يتم تنفيذ أي أسلاك في هذه المرحلة. الأوامر المحددة هي كما يلي:
في مرحلة التوليف المادي لشجرة الساعة ، يتم وضع المخزن المؤقت المُدرج في موضع دقيق ، ويتم إجراء استخراج RC ، ويتم فحص الحد الأقصى لتأخير الإدراج ، والحد الأدنى من تأخير الإدراج ، والحد الأقصى لانحراف الساعة ، والحد الأقصى لوقت التحويل لشبكة الساعة من خلال الرجوع إلى ملف قيود التأخير (SDC). وإصلاح مخالفة التعليق في التصميم. لتسهيل توصيل الأسلاك بالشبكة غير المتصلة بالساعة ، يجب إضافة خيار -ar-ea_recovery في هذا الوقت لتقليل منطقة الاتصال. لا يزال استهلاك الطاقة محسّنًا في هذه المرحلة. عند إكمال توجيه شجرة الساعة ، تستخدم هذه المقالة نموذج arnoldi لحساب التأخير الدقيق لشجرة الساعة وطريقة تكرارية 15 دورة لتوجيه الساعة. الجدول 2 هو حالة توقيت التصميم قبل توليف الساعة. من الواضح أن هناك مسارات حرجة متعددة وهناك العديد من انتهاكات وقت التأسيس ؛ بعد اكتمال تركيب شجرة الساعة ، يتم إجراء فحص الساعة ، ولا يتم العثور على انتهاك للساعة ، مما يشير إلى اكتمال تركيب شجرة الساعة.
2.5 تركيب الأسلاك والشريحة
تفصل هذه المقالة الأسلاك وتحسينها. أولاً ، التوجيه الشامل الكامل ، والتوجيه التفصيلي ، والبحث والإصلاح في مرحلة الأسلاك الأولية ، ثم استخدام خوارزميات الهيكل لتحسين الأسلاك ، وفي نفس الوقت يتم تحسين استهلاك طاقة التسرب الحالي. من أجل منع حدوث تأثير الهوائي ، يتم تنفيذ تصميم إصلاح تأثير الهوائي على الشريحة أثناء مرحلة إكمال الشريحة. في هذا الوقت ، لا تزال هناك مناطق فارغة في الشريحة ، ويلزم ملء الملف لتلبية متطلبات جمهورية الكونغو الديمقراطية. الشكل 5 هو تخطيط التصميم المادي للرقاقة. الجدول 3 هو مساحة الشريحة واستهلاكها للطاقة. يمكن ملاحظة أن إجمالي المساحة هو 2 ميكرومتر ، وإجمالي استهلاك الطاقة 794 371.012 ميغاواط. تثبت المحاكاة أن الشريحة تعمل بتردد ساعة 703 ميغا هرتز عادي ، وتفي بمتطلبات التصميم ، وتثبت أن هذا التصميم صحيح وفعال.
3 الخاتمة
استنادًا إلى عملية TSMC 180 نانومتر ، أكملت هذه الورقة التصميم المادي لشريحة المعالج الدقيق المستخدمة في نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي. بعد استخدام استراتيجيات مختلفة لإكمال تخطيط تخطيط الشريحة والتخطيط وتوليف شجرة الساعة وخطوات تصميم الأسلاك ، يتم الحصول على النتائج التخطيط والمساحة واستهلاك الطاقة وتقارير أخرى للرقاقة. بعد التصميم المادي ، تفي مؤشرات تصميم الشريحة بمتطلبات التصميم ، مما يثبت صحة التصميم المادي للرقاقة.
في الوقت الحاضر ، في عمليات المراقبة المبكرة للحرائق وإنذار المباني ، لا تزال الشبكة السلكية مستخدمة. الخطوط مبعثرة في جميع أنحاء المبنى وتكلفة التركيب الأولية مرتفعة. في الوقت نفسه ، يمثل الخط نفسه أيضًا خطر حريق كبير. لذلك ، ظهر نوع جديد من نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي ، وهو مناسب وسريع التثبيت ، وتكلفته أقل ، ولديه مساحة تطبيق أكبر. المتحكم الدقيق هو أحد المكونات الأساسية لنظام مراقبة الحرائق. لا تستطيع المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة للأغراض العامة تلبية انخفاض استهلاك الطاقة ومتطلبات التكلفة المنخفضة لشريحة العقدة الرئيسية في نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي.
من أجل إتقان التكنولوجيا الأساسية لنظام مراقبة الحرائق اللاسلكي ، وإنشاء نظام أساسي للبرامج والأجهزة مع حقوق الملكية الفكرية المستقلة ، وتعزيز تطوير نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي في بلدي ، من الضروري تطوير معالج دقيق لنظام مراقبة الحرائق اللاسلكي. أكملت هذه المقالة التصميم المادي لشريحة متحكم دقيقة مخصصة لنظام الكشف عن الحرائق.
1 هندسة شريحة SW-A
شريحة SW-A عبارة عن شريحة تحكم هجينة رقمية تمثيلية مخصصة لنظام الكشف عن الحرائق اللاسلكي على أساس ARM Cortex-M0. تتبنى الحافلة هندسة الحافلات المزدوجة AMBA AHB و APB. يمكن أن يصل تردد التشغيل إلى 50 ميجا هرتز ويدعم مستويات متعددة. قسم التردد الداخلي ، يمكن أن يعمل أيضًا بتردد منخفض جدًا في وضع الاستعداد ؛ مدمج معدل أخذ العينات 12 بت تقريب متتالي 8 قنوات ADC ، والذي يمكنه المسح بالتتابع من 8 مستشعرات (مثل مستشعر درجة الحرارة ، مستشعر الدخان ، مستشعر شدة الضوء ، إلخ)) يتم أخذ عينات الإشارة مباشرة وتحويلها وحفظها. يمكن لبرنامج الكشف الرئيسي قراءة البيانات المأخوذة من العينات المقابلة لمستشعر الهدف للمعالجة وتحديد ما إذا كان قد حدث حريق أم لا.
مدمج 18 KBSRAM ، والذي يمكن استخدامه ك FLASH و RAM بشكل مرن لتلبية مراقبة الحرائق وتخزين إجراءات المعالجة البسيطة. وهو يدعم تشغيل ISP (البرمجة داخل النظام) وتشغيل IAP (البرمجة داخل التطبيق) ، وهو ليس مناسبًا فقط لتحديث برنامج مراقبة الحرائق الرئيسي وترقيته ، ولكن أيضًا لتحسين البرامج. تتضمن الواجهة واجهة UART القياسية للصناعة وواجهة اتصال SSI (تدعم بروتوكول SPI و MicroWire و SSI) و 3 مجموعات (6 قنوات) PWM. تجعل الواجهات الغنية والوحدات الوظيفية لهذه الشريحة إمكانات كبيرة في توسيع الوظيفة.
2 التصميم المادي لشريحة SW-A
2.1 اعتماد عملية التصميم المادي
يتم تنفيذ التصميم المادي لشريحة SW-A بمساعدة مترجم IC لأداة EDA من Synopsys ، باستخدام عملية التصميم النموذجية لمحول IC. بناء على TSMC (TSMC) 180 نانومتر عملية CMOS. بعد أن يصبح التصميم المادي جاهزًا (تصميم مكتبة المنطق ، وتعيين المكتبة الفعلية ، وتعيين الملفات ذات الصلة بـ TLU-Plus ، وتعيين قائمة الشبكة على مستوى البوابة للقراءة وقيود التأخير القياسية) ، يمكنك بدء التصميم المادي ، وإكمال تخطيط التصميم (تخطيط التصميم) ، والتنسيب ، وأطروحة مزامنة شجرة الساعة ، والتوجيه ، وإنهاء الشريحة.
2.2 تخطيط التصميم
يعد تخطيط التصميم خطوة مهمة للغاية في التصميم المادي للرقاقة ؛ وهي تشمل بشكل أساسي مخطط الطابق ومحطة الطاقة.
في ظل الظروف العادية ، قبل أن يبدأ التصميم ، غالبًا ما يحتاج المصممون إلى قضاء الكثير من الوقت في مخطط الأرضية وخطة الطاقة. تحدد جودة خطة التصميم بشكل مباشر استهلاك الطاقة للرقاقة ، وازدحام الخلايا القياسية ، وإغلاق التوقيت ، واستقرار مصدر الطاقة ، وما إلى ذلك. لذلك ، فإن تخطيط التصميم هو الخطوة الأكثر تكرارًا والتصميم اليدوي في عملية التصميم المادية بأكملها.
يجب أن يكمل مخطط الأرضية تخطيط الإدخال / الإخراج ، ووضع PAD ، ووضع الماكرو (بما في ذلك الوحدات التناظرية ، ووحدات التخزين ، وما إلى ذلك) ، بالإضافة إلى شكل الرقاقة ، والازدحام (الازدحام) وإعدادات المنطقة. كشريحة تحكم موجهة للمستخدم ، يجب أن يأخذ تخطيط الإدخال / الإخراج في الاعتبار بشكل شامل احتياجات المستخدم ومتطلبات التصميم ، كما أن الأبعاد الرأسية والأفقية لوحدات PAD الوظيفية المختلفة مختلفة أيضًا. في هذا البحث ، يتم وضع PAD ذات الأبعاد الأكبر في كلا الاتجاهين الرأسي والأفقي على الجانبين الشمالي والجنوبي للرقاقة ، ويتم وضع PAD ذات الحجم الأحادي الاتجاه الأصغر على الجانبين الشرقي والغربي للرقاقة مع الجانب الكبير المواجه للجنوب والشمال (انظر الشكل 2 (أ)). ضع PAD حول الشريحة بحجم أكبر في كلا الاتجاهين (انظر الشكل 2 (ب)). هذا التصميم فعال للغاية في تقليل مساحة الشريحة.
تشمل وحدات الماكرو التي تحتاج الشريحة إلى وضعها على SRAM و ROM و ADC و ANALOG_TOP. تنظر هذه المقالة بشكل شامل في علاقتها الموضعية بـ IO وتحددها حول الشريحة ، بحيث يمكن حجز منطقة فارغة في الشريحة لوضع الخلايا القياسية. من أجل ضمان الترابط بين الماكرو و PAD والوحدات القياسية ، لا يوجد سوى منطقة فارغة حول كل ماكرو. لا يُسمح بوضع الوحدات القياسية في هذه المنطقة تحت أي ظرف من الظروف. الأوامر المحددة هي كما يلي:
تم تصميم هذه الشريحة بمساحة 40 ميكرومتر محجوزة بين المنطقة الأساسية للخلية القياسية والماكرو و PAD لوضع حلقة الطاقة (PowerRing) والأسلاك المتصلة. لمنع تداخل الخلايا القياسية ، استخدم الأمر للتأكد من أنه لا يمكن وضع الخلايا القياسية إلا في قنوات يزيد ارتفاعها عن 10 ميكرومتر. بعد تعيين خطة تخطيط الشريحة ، استخدم الأمر creat_fp_placement للتخطيط المسبق. تم تصميم هذه الشريحة وإنتاجها باستخدام عملية TSMC 180 نانومتر. يتطلب جهد تشغيل 1.8 فولت وتقلب جهد أقصى مقبول بنسبة ± 10٪. لذلك ، عند التخطيط لمصدر الطاقة في هذه المقالة ، يتم النظر بشكل شامل في متطلبات إمداد الطاقة للرقاقة وانخفاض الجهد الناتج عن خط التوصيل البيني (IR-Drop) ومنطقة شبكة طاقة أصغر ، وحلقتا طاقة و 14 حزام طاقة (حزام) مصممة. بعد تحليل شبكة الطاقة (Analyze Pow-er Network) ، يبلغ الحد الأقصى لـ IR-Drop لهذا التصميم 29.7 مللي فولت. الشكل 3 (أ) هو خطة تصميم الشريحة ، والشكل 3 (ب) هو مخطط توزيع انخفاض الجهد للرقاقة.
2.3 التخطيط
جودة التنسيب هي مفتاح نجاح أو فشل التصميم المادي للرقاقة. تتمثل المهمة الرئيسية للتخطيط في إكمال وقت الإعداد لوضع وإصلاح الوحدات القياسية في التصميم. قبل أن يبدأ التخطيط رسميًا، تحتاج إلى استخدام الأمر check_physical_design للتحقق من اكتمال إعداد التخطيط. يجب التأكد من أن مواضع كل من Hard Macro وIO ثابتة؛ جميع المنافذ المنطقية والمنافذ المادية في التصميم تتوافق مع بعضها البعض؛ جميع الوحدات المنطقية تتوافق معها الوحدة المادية؛ تم تثبيت أبعاد جميع الوحدات في التصميم. من أجل تسهيل التوصيل البيني والتوجيه، قبل البدء في وضع الخلايا القياسية، يمكن تعيين منطقة معينة في الشريحة كحاجز مكاني (Place-ment Blockage). تحتوي أدوات ICC على قيود مختلفة، مثل حظر الخلايا القياسية للتخطيط التقريبي، والسماح فقط للخلايا القياسية بتحسين التخطيط، والسماح فقط بالأسلاك، وما إلى ذلك؛ في هذا التصميم، تم تعيين مناطق تقييد تخطيط متعددة لتسهيل ADC، ANALOG_TOP، وما إلى ذلك. الاتصال مع IO (انظر الشكل 4 (أ)).
بعد أن يصبح التخطيط جاهزًا ، يمكنك استخدام الأمر place_opt لتنفيذ التخطيط مع قيود إضافية. ينفذ الأمر مكانًا خشنًا ، وتوليفًا شبكيًا عالي التباين ، وتحسينًا ماديًا ، وإضفاء الشرعية. حدد موقع الوحدة بالخطوات الثلاث الأولى (انظر الشكل 4 (ب)) ، وأخيراً ضع الوحدة القياسية في الموضع المحسوب بشكل صحيح من خلال التقنين (انظر الشكل 4 (ج)). الأوامر المحددة للتصميم المادي لهذه المقالة هي كما يلي:
الأدوات مطلوبة لإصلاح مناطق أخرى غير مسار الساعة الحرج ، بدرجة عالية من الجهد. استخدم أداة التحكم "-congestion" لتقليل ازدحام الشريحة قدر الإمكان لتسهيل الأسلاك اللاحقة ، واستخدم الخيار "-pow-er" للتحكم في تحسين الأداة ، تسرب استهلاك الطاقة واستهلاك الطاقة الديناميكي والتخطيط منخفض الطاقة.
بعد اكتمال التخطيط ، يظهر استخدام مساحة الرقاقة في الجدول 1. وتتركز درجة الازدحام بين 0.625 و 0.875 ، ودرجة الازدحام معتدلة. لا يوجد هدر في منطقة الرقائق بسبب الاستخدام المنخفض للرقائق أو الازدحام المفرط. هذا يؤدي إلى صعوبات في التصميم اللاحق وحتى إعادة التصميم.
2.4 توليف شجرة الساعة
تتمثل إحدى المهام الرئيسية لـ Clock Tree Synthesis في التحكم في انحراف الساعة ضمن نطاق مقبول لضمان عمل الشريحة بكفاءة وخالية من الأخطاء. استراتيجية تركيب شجرة الساعة لهذه الشريحة هي كما يلي: التوليف المنطقي لشجرة الساعة (clock-cts) ، والتوليف المادي لشجرة الساعة (clock-psyn) وأسلاك شجرة الساعة (مسار الساعة). تكمل مرحلة التوليف المنطقي لشجرة الساعة مهمتين فقط: من خلال حساب التأخير على كل مسار على مدار الساعة ، يتم الحصول على موضع وحجم المخزن المؤقت (المخزن المؤقت ، العاكس) الذي يجب إدراجه (يتم التحكم فيه بواسطة خيار الأمر -only_cts) ؛ نظرًا لوظيفة شبكة الساعة ، فإن الاستهلاك يمثل نسبة كبيرة جدًا من إجمالي استهلاك الطاقة ، لذلك يجب إجراء تحسين استهلاك الطاقة (الطاقة) أثناء توليف شجرة الساعة ولا يتم تنفيذ أي أسلاك في هذه المرحلة. الأوامر المحددة هي كما يلي:
في مرحلة التوليف المادي لشجرة الساعة ، يتم وضع المخزن المؤقت المُدرج في موضع دقيق ، ويتم إجراء استخراج RC ، ويتم فحص الحد الأقصى لتأخير الإدراج ، والحد الأدنى من تأخير الإدراج ، والحد الأقصى لانحراف الساعة ، والحد الأقصى لوقت التحويل لشبكة الساعة من خلال الرجوع إلى ملف قيود التأخير (SDC). وإصلاح مخالفة التعليق في التصميم. لتسهيل توصيل الأسلاك بالشبكة غير المتصلة بالساعة ، يجب إضافة خيار -ar-ea_recovery في هذا الوقت لتقليل منطقة الاتصال. لا يزال استهلاك الطاقة محسّنًا في هذه المرحلة. عند إكمال توجيه شجرة الساعة ، تستخدم هذه المقالة نموذج arnoldi لحساب التأخير الدقيق لشجرة الساعة وطريقة تكرارية 15 دورة لتوجيه الساعة. يوضح الجدول 2 حالة توقيت التصميم قبل توليف الساعة. من الواضح أن هناك مسارات حرجة متعددة وهناك العديد من انتهاكات وقت التأسيس ؛ بعد اكتمال تركيب شجرة الساعة ، يتم فحص الساعة مرة أخرى ، ولا يتم العثور على انتهاك للساعة ، مما يشير إلى اكتمال تركيب شجرة الساعة.
2.5 تركيب الأسلاك والشريحة
تفصل هذه المقالة التوجيه والتحسين. أولاً ، التوجيه الشامل الكامل ، والتوجيه التفصيلي ، والبحث والإصلاح في مرحلة التوجيه الأولية ، ثم استخدام خوارزميات الهيكل لتحسين التوجيه ، وفي نفس الوقت يتم تحسين استهلاك طاقة التسرب الحالي. من أجل منع حدوث تأثير الهوائي ، يتم تنفيذ تصميم إصلاح تأثير الهوائي على الشريحة أثناء مرحلة إكمال الشريحة. في هذا الوقت ، لا تزال هناك مناطق فارغة في الشريحة ، ويلزم ملء الملف لتلبية متطلبات جمهورية الكونغو الديمقراطية. الشكل 5 هو مخطط التصميم المادي للرقاقة ، والجدول 3 هو المساحة واستهلاك الطاقة للرقاقة. يمكن ملاحظة أن إجمالي المساحة هو 2 ميكرومتر ، وإجمالي استهلاك الطاقة 794 371.012 ميغاواط. تثبت المحاكاة أن الشريحة تعمل بتردد ساعة 703 ميغا هرتز عادي ، وتفي بمتطلبات التصميم ، وتثبت أن هذا التصميم صحيح وفعال.
3 الخاتمة
استنادًا إلى عملية TSMC 180 نانومتر ، أكملت هذه الورقة التصميم المادي لشريحة المعالج الدقيق المستخدمة في نظام مراقبة الحرائق اللاسلكي. بعد استخدام استراتيجيات مختلفة لإكمال تخطيط تخطيط الشريحة والتخطيط وتوليف شجرة الساعة وخطوات تصميم الأسلاك ، يتم الحصول على النتائج التخطيط والمساحة واستهلاك الطاقة وتقارير أخرى للرقاقة. بعد التصميم المادي ، تفي مؤشرات تصميم الشريحة بمتطلبات التصميم ، مما يثبت صحة التصميم المادي للرقاقة.