Beschreibung

Diese Einführung in den funktionalen Entwurf digitaler Schaltungen behandelt Methoden zum Logik-, Steuerwerks- und Datenpfadentwurf sowie die Implementierung solcher Entwürfe in integrierten Schaltungen. Außerdem deckt sie die wesentlichen Aspekte ab, die für das Verständnis, den Einsatz und die Entwicklung entsprechender CAD-Werkzeuge wichtig sind. Das weiterführende Lehrbuch wendet sich in erster Linie an Studierende der Informatik und der Elektrotechnik; außer dem im Grundstudium aller Elektrotechnik- und Informatik-Fachbereiche vermittelten Wissen setzt es keine speziellen Grundkenntnisse voraus. Zugleich ist es für Entwickler von integrierten Schaltungen und von Entwurfswerkzeugen interessant, die einen Überblick über die Ansätze zur Automatisierung des funktionalen Entwurfs gewinnen wollen. Die Darstellung ist mit einer Vielzahl von Beispielen illustriert, Zusammenhänge werden in tabellarischen und graphischen Übersichten verdeutlicht. Übungsaufgaben am Ende der Kapitel ermöglichen die Überprüfung des Verständnisses, Hinweise auf weiterführende Literatur die Vertiefung der Stoffgebiete.

Inhalt

1 Einleitung.- 1.1 Entwicklung der Integrationstechnik.- 1.2 Motivation der Entwurfsautomatisierung.- 1.3 Entwurfsaufgaben.- 2 Zielstrukturen und -technologien.- 2.1 Realisierungsalternativen.- 2.1.1 Halbleitertechnologien.- 2.1.2 Grundlagen der CMOS-Technik.- 2.1.3 Fertigungsstrukturen.- 2.1.4 Systemintegration.- 2.2 Vollkunden-Entwürfe.- 2.2.1 Einführung in den Layoutentwurf.- 2.2.2 Statisches CMOS.- 2.2.3 Switch-Logik und Speicherelemente.- 2.2.4 CMOS-Alternativen.- 2.2.5 Reguläre Layout-Strukturen.- 2.2.6 Allgemeines zum Vollkunden-Entwurf.- 2.3 Anwendungsspezifische Entwürfe.- 2.3.1 Standardzellen.- 2.3.2 Makrozellen.- 2.3.3 Gate-Arrays und Sea-of-Gates.- 2.3.4 Allgemeines zum ASIC-Entwurf.- 2.4 Anwenderprogrammierbare Schaltungen.- 2.4.1 Speicherbausteine.- 2.4.2 Programmierbare logische Felder (PLDs).- 2.4.3 Programmierbare Logikbausteine (PGAs).- 2.4.4 Allgemeines zu programmierbaren Schaltungen.- 2.5 Übungsaufgabe.- 3 Theoretische Grundlagen.- 3.1 Grundlagen aus der Graphentheorie.- 3.2 Grundlagen aus der Algebra.- 3.3 Grundlagen aus der Logik.- 3.3.1 Boolesche Funktionen.- 3.3.2 Funktionsdarstellung mit Würfeln.- 3.3.3 Funktionsdarstellung mit Graphen.- 3.4 Grundalgorithmen.- 3.4.1 Komplexitätsklassen.- 3.4.2 Aufteilungsprobleme.- 3.4.3 Überdeckungsprobleme.- 3.4.4 Graphenprobleme.- 3.4.5 Mehrzieloptimierung.- 3.5 Übungsaufgaben.- 4 Logikentwurf.- 4.1 Aufgabenstellung.- 4.1.1 Zweck des Logikentwurfs.- 4.1.2 Optimierungsziele.- 4.1.3 Formalisierung.- 4.2 Synthese zweistufiger Logik.- 4.2.1 Exakte Minimierung.- 4.2.2 Minimierung monotoner Funktionen.- 4.2.3 Einfache heuristische Minimierung.- 4.2.4 Iterative heuristische Minimierung.- 4.3 Synthese mehrstufiger Logik.- 4.3.1 Überblick.- 4.3.2 Boolesche Netze.- 4.3.3 Faktorisierung.- 4.3.4 Division und Kerne.- 4.3.5 Minimierungsalgorithmen.- 4.3.6 Interne don't cares.- 4.3.7 Globale Minimierung.- 4.4 Technologieanpassung.- 4.4.1 Zellenbasierte Entwürfe.- 4.4.2 Programmierbare Logikbausteine.- 4.5 Analyse kombinatorischer Schaltungen.- 4.5.1 Logische Entwurfsanalyse.- 4.5.2 Zeitliche Entwurfsanalyse.- 4.5.3 Fertigungstest.- 4.6 Übungsaufgaben.- 5 Steuerwerksentwurf.- 5.1 Grundstrukturen sequentieller Schaltungen.- 5.1.1 Synchrone integrierte Schaltwerke.- 5.1.2 Zerlegung und Zusammenschaltung von Schaltwerken.- 5.1.3 Steuerwerksstrukturen.- 5.2 Entwurfsablauf.- 5.2.1 Strukturoptimierung.- 5.2.2 Optimierte Synthese.- 5.3 Schnittstellenoptimierung.- 5.3.1 Symbolische und mehrwertige Variablen.- 5.3.2 Eingabecodierung.- 5.3.3 Ausgabecodierung.- 5.4 Zustandscodierung.- 5.4.1 Allgemeines.- 5.4.2 Optimierungsmöglichkeiten.- 5.4.3 Codierbedingungen.- 5.4.4 Codezuweisung.- 5.5 Zustandsreduktion.- 5.5.1 Vollständig spezifizierte Steuerwerke.- 5.5.2 Unvollständig spezifizierte Steuerwerke.- 5.6 Übungsaufgaben.- 6 Weitere Entwurfswerkzeuge.- 6.1 Datenpfadentwurf.- 6.1.1 Grundbausteine.- 6.1.2 Verhaltensbeschreibung mit Flußgraphen.- 6.1.3 Scheduling, Allokation und Zuweisung.- 6.1.4 Verarbeitungsalternativen.- 6.2 Hardware-Beschreibungssprachen.- 6.2.1 Einführung.- 6.2.2 EDIF.- 6.2.3 VHDL.- 6.3 Entwurfsumgebungen (Frameworks).

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