一种FPGA芯片中DSP运算单元的验证方法研究
发布时间：2021-06-27 12:39
近年来随着人工智能、物联网、大数据加速、科学计算等应用场景的飞速发展,使得业界对于数据实时处理能力的需求日趋增加。现场可编程逻辑门阵列（FPGA）以低成本、可编程及并行运算等突出优势,在新领域中得到了广泛的应用,这主要依赖于FPGA芯片中嵌入式的可编程DSP运算单元实现了大量的数据运算。DSP作为FPGA芯片中的高性能运算单元,为了获得更好的性能、更紧凑的版图面积、更低的功耗,业界常采用传统的全定制方式对其进行设计。而全定制设计中的功能验证在验证效率、激励完备性、评估验证进度等方面存在诸多不足,导致全定制DSP模块功能验证已经成为了制约FPGA芯片能否如期上市的关键因素。然而目前对于全定制的功能验证,业界并没有统一的解决方案。本课题基于实习公司的FPGA芯片项目,为了应对传统全定制设计时功能验证带来的困难和挑战,以提升仿真验证效率和验证质量、准确评估验证进度为目标,提出了一套针对全定制DSP运算单元完整的功能验证方案。本文首先通过深入研究FPGA芯片中的全定制DSP模块的架构和验证技术,提出了一套完整的全定制DSP功能验证方案和与验证方案配套的用来定量评估验证方案优劣的评价指标。接着本...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FPGA布局图
图 2.3 传统的全定制设计验证流程度的提升，全定制电路中包含大量的晶体管，它不能行有效的仿真 此外，关于数字芯片的仿真使用模拟同时仿真速度也是极其慢的 因此，在全定制电路的试用例 减少工作量是非常有必要的 证策略对比分析制设计方法研究活力取决于许多相互矛盾的因素，如以速度或功耗表级计算机和一些高性能的微处理器，由于最终性能是采用高性能的定制设计技术[12] 是新方法，其诞生于上世纪八九十年代，后来被兴具所掩盖 其实，目前仍然有些公司在用全定制方
图 3.1 NMOS 和 PMOS 的行为级模型3.2 D 锁存器建模锁存器（Latch）作为一种基本的存储单元，其对电平信号敏感 数据存储的动作取决于输入时钟的电平信号的高低状态，当锁存器的使能信号有效时，其才能正常进行数据锁存 锁存器的输出相对输入是透明的，指的是锁存器不进行数据锁存时，其输出随着输入的变化而变化 作为一种基本的存储器件，锁存器至少由输入数据端 使能端（时钟端） 输出端组成，使能端控制锁存器的工作状态 锁存器由于面积小 速度比触发器快的优点常被用来作为总线地址锁存，作为地址锁存时务必保证所有的锁存端信号的稳定性 在 DSP 模块设计库中提供了如图 3.2 所示的 D 锁存器的电路，因为锁存器的输出不仅取决于当前的输入还取决于上一次的输出结果，门级电路只是一种组合电路并不具备存储功能，如果直接使用将会导致 D 锁存器输出错误 为此，需要为其构建功能模型 图 3.2 中的 I0 部分为一个 CMOS 反向器，它的主要作用产生反向时钟 CPP；
【参考文献】：
期刊论文
[1]用全定制方法设计矿机芯片[J]. 迎九,毛烁. 电子产品世界. 2018(11)
[2]一种支持高效加法的FPGA嵌入式DSP IP设计[J]. 王楠,黄志洪,杨海钢,丁健. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(05)
[3]基于65nm高速SRAM全定制设计[J]. 贾柱良,杜明,兰韬,裴国旭. 电脑与电信. 2017(07)
[4]一种高效高速的大容量FPGA电路功能验证方法[J]. 丛红艳,于宗光,闫华,单悦尔,胡凯,董宜平. 半导体技术. 2017(01)
[5]Verifier提高验证完备性[J]. 林慧,蒋武,熊熙,李元祝,黄志荣. 电子技术应用. 2016(08)
[6]基于UVM验证方法学的纵向可重用研究[J]. 熊涛,蒋见花. 微电子学与计算机. 2016(04)
[7]EDA技术在高性能DSP电路中的研究及应用[J]. 李建荣,包亚萍. 现代电子技术. 2016(01)
[8]基于SystemVerilog的向量存储器验证方法[J]. 徐沛文,陈海燕,陈书明,燕世林. 计算机研究与发展. 2014(S1)
[9]基于Booth算法的32位流水线型乘法器设计[J]. 翟召岳,韩志刚. 微电子学与计算机. 2014(03)
[10]FPGA芯片面积优化算法仿真分析[J]. 田莎莎,汪红,唐菀. 计算机仿真. 2013(07)
硕士论文
[1]基于UVM的MC-SOC中可重用验证平台的设计与实现[D]. 李世超.电子科技大学 2018
[2]模拟数字混合电路仿真方法的研究与应用[D]. 张航.山东大学 2016
[3]基于65nm工艺的FPGA可编程逻辑块的全定制设计[D]. 杨振华.哈尔滨工业大学 2014
[4]FPGA中嵌入式块存储器的设计[D]. 王肖强.西安电子科技大学 2015
[5]基于UVM的高效验证平台设计及可重用性研究[D]. 黄欣.上海交通大学 2014
[6]基于UVM的Preamp芯片的验证与分析[D]. 王浩.西安电子科技大学 2014
[7]全定制宏模块精确时序建模方法研究与实现[D]. 董盟盟.国防科学技术大学 2013
[8]开放验证方法学的应用研究[D]. 王栋.西安电子科技大学 2013
[9]DSP处理器的功能测试[D]. 刘洁.复旦大学 2012
[10]一款DSP硬核中加法器的全定制设计[D]. 刘骁.西安电子科技大学 2012
本文编号：3252866
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FPGA布局图
图 2.3 传统的全定制设计验证流程度的提升，全定制电路中包含大量的晶体管，它不能行有效的仿真 此外，关于数字芯片的仿真使用模拟同时仿真速度也是极其慢的 因此，在全定制电路的试用例 减少工作量是非常有必要的 证策略对比分析制设计方法研究活力取决于许多相互矛盾的因素，如以速度或功耗表级计算机和一些高性能的微处理器，由于最终性能是采用高性能的定制设计技术[12] 是新方法，其诞生于上世纪八九十年代，后来被兴具所掩盖 其实，目前仍然有些公司在用全定制方
图 3.1 NMOS 和 PMOS 的行为级模型3.2 D 锁存器建模锁存器（Latch）作为一种基本的存储单元，其对电平信号敏感 数据存储的动作取决于输入时钟的电平信号的高低状态，当锁存器的使能信号有效时，其才能正常进行数据锁存 锁存器的输出相对输入是透明的，指的是锁存器不进行数据锁存时，其输出随着输入的变化而变化 作为一种基本的存储器件，锁存器至少由输入数据端 使能端（时钟端） 输出端组成，使能端控制锁存器的工作状态 锁存器由于面积小 速度比触发器快的优点常被用来作为总线地址锁存，作为地址锁存时务必保证所有的锁存端信号的稳定性 在 DSP 模块设计库中提供了如图 3.2 所示的 D 锁存器的电路，因为锁存器的输出不仅取决于当前的输入还取决于上一次的输出结果，门级电路只是一种组合电路并不具备存储功能，如果直接使用将会导致 D 锁存器输出错误 为此，需要为其构建功能模型 图 3.2 中的 I0 部分为一个 CMOS 反向器，它的主要作用产生反向时钟 CPP；
【参考文献】：
期刊论文
[1]用全定制方法设计矿机芯片[J]. 迎九,毛烁. 电子产品世界. 2018(11)
[2]一种支持高效加法的FPGA嵌入式DSP IP设计[J]. 王楠,黄志洪,杨海钢,丁健. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(05)
[3]基于65nm高速SRAM全定制设计[J]. 贾柱良,杜明,兰韬,裴国旭. 电脑与电信. 2017(07)
[4]一种高效高速的大容量FPGA电路功能验证方法[J]. 丛红艳,于宗光,闫华,单悦尔,胡凯,董宜平. 半导体技术. 2017(01)
[5]Verifier提高验证完备性[J]. 林慧,蒋武,熊熙,李元祝,黄志荣. 电子技术应用. 2016(08)
[6]基于UVM验证方法学的纵向可重用研究[J]. 熊涛,蒋见花. 微电子学与计算机. 2016(04)
[7]EDA技术在高性能DSP电路中的研究及应用[J]. 李建荣,包亚萍. 现代电子技术. 2016(01)
[8]基于SystemVerilog的向量存储器验证方法[J]. 徐沛文,陈海燕,陈书明,燕世林. 计算机研究与发展. 2014(S1)
[9]基于Booth算法的32位流水线型乘法器设计[J]. 翟召岳,韩志刚. 微电子学与计算机. 2014(03)
[10]FPGA芯片面积优化算法仿真分析[J]. 田莎莎,汪红,唐菀. 计算机仿真. 2013(07)
硕士论文
[1]基于UVM的MC-SOC中可重用验证平台的设计与实现[D]. 李世超.电子科技大学 2018
[2]模拟数字混合电路仿真方法的研究与应用[D]. 张航.山东大学 2016
[3]基于65nm工艺的FPGA可编程逻辑块的全定制设计[D]. 杨振华.哈尔滨工业大学 2014
[4]FPGA中嵌入式块存储器的设计[D]. 王肖强.西安电子科技大学 2015
[5]基于UVM的高效验证平台设计及可重用性研究[D]. 黄欣.上海交通大学 2014
[6]基于UVM的Preamp芯片的验证与分析[D]. 王浩.西安电子科技大学 2014
[7]全定制宏模块精确时序建模方法研究与实现[D]. 董盟盟.国防科学技术大学 2013
[8]开放验证方法学的应用研究[D]. 王栋.西安电子科技大学 2013
[9]DSP处理器的功能测试[D]. 刘洁.复旦大学 2012
[10]一款DSP硬核中加法器的全定制设计[D]. 刘骁.西安电子科技大学 2012
本文编号：3252866
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