HDL代码质量评估方法关键技术研究与电路性能优化

【摘要】HDL源代码的质量度量和质量控制是加速SoC/ASIC芯片设计进度、提高SoC/ASIC芯片质量的重要环节，已经成为限制SoC/ASIC芯片质量和可靠性的瓶颈，为了加速SoC/ASIC设计过程，保证源代码研发质量，并尽早发现芯片设计阶段存在的缺陷，迫切需要提出HDL源代码质量评估的方法。本文对HDL源代码质量评估关键技术——HDL源代码抽象技术和组合逻辑环转化技术进行了研究。同时，研究成果在参与的三个芯片设计项目中得到了验证。主要成果有：1、鉴于现有主流源代码工具只能根据定制的规则进行静态形式检查，对于一些与规则无关的代码缺陷则无法进行审核。故提出了一种以复杂度为导向的HDL源代码抽象方法，该方法着眼于可综合HDL源代码层面，将源代码抽象为一个两层有向网络。该网络以高复杂度节点为网络源端，边权值反映HDL源代码的描述复杂度。采用了经典的Dijkstra算法作为高复杂度代码搜索算法，将其应用于定位HDL源代码中复杂度较高的部分。其中，被作为实验对象的实例有：处理器类设计PE、总线结构类设计XD_BUS、算法实现类设计MQ编码器、通用外设类IP核MMC/SD/TF卡控制器。实验结果说明，该方法能够有效地提取代码中设计复杂度较高的代码，使得这部分设计较为复杂、易出现质量问题的源代码得到重点审核，弥补现有源代码检查工具只能进行静态规则审查的缺陷，并给电路设计提出指导性意见。2、提出一种组合逻辑环转化方法，以解决RTL以及高级语言逻辑综合阶段所面临的拆分组合逻辑环的问题。相比现有文献，引入了SAT引擎对电路进行了表征，并使用静态逻辑蕴涵完成了电路的逻辑推理，同时，在求解过程中，根据实际应用需求对蕴涵规则进行了定制，使得在计算过程中，能够不断地对冗余向量和目标函数进行优化。以选定实例的源代码和开源代码为实验对象，评估了所提出的组合逻辑环识别和拆分算法的性能。实验结果表明，转化时间和转化后非环电路的规模都小于现有文献。3、应用所提出的高复杂度HDL源代码搜索方法，对XD_BUS的源代码进行了质量评估，并依据得出的评估结果，给XD_BUS的优化和重新设计提出了相应的指导意见。结合该指导意见，对XD_BUS进行了优化和重新设计，该优化方案采用了多个设备队列，降低了片上总线与设备之间的耦合度；同时，将数据接收通道和数据发送通道分离，并在数据接收通道和数据发送通道中设置了多条子数据通道，提高了数据传输的并发性。采用了SMIC0.18μm标准单元工艺库完成了该总线的逻辑综合，其最高工作频率为232MHz。同时，完成了XD_BUS的性能评估，其总线吞吐率为5.4Gbps@100MHz，远大于规格要求的3.2Gbps@100MHz。4、应用所提出的高复杂度HDL源代码搜索方法，对MQ编码器的源代码进行了质量评估，并依据得出的评估结果，给MQ编码器的优化和重新设计提出了相应的指导意见。结合该指导意见，提出了一种串行MQ编码器VLSI结构和并行多上下文MQ编码器VLSI结构。相比现有文献，创新点在于：（1）分析了编码过程中上下文保持次数、索引值保持次数等，并将其分离，最终针对不同的事件设计了不同的硬件结构，使得各种事件都能被更好地处理；（2）提出了一种索引值预测方法，可并行处理多个连续相同的上下文CXD；（3）提出了一种前导零电路检测VLSI结构，并通过一次性移位的方法，避免了重归一化过程的循环迭代；（4）优化了索引表，将其中的启动态和非暂态分离并进行了独立的分析，降低了硬件传播延时。基于TSMC0.18μm标准单元工艺库的综合结果表明，提出的并行多上下文MQ编码器能够工作在286.80MHz，吞吐率为573.60Msymbols/sec，提出的串行MQ编码器最高工作频率为547MHz，其面积为79012.84μm2，其吞吐量为547Msymbols/sec。这两个MQ编码器硬件结构的吞吐量都高于现有文献中的设计。5、提出了一种外设类IP核的可配置设计方法，该方法将IP核功能点抽象为指令集，并建立了粗粒度单元和细粒度单元的单元库文件，通过不同的指令调度方案，完成对IP核功能的设计。以应用于雷达信号处理器中的外设类IP核MMC/SD/TF卡控制器为实验对象，对其所对应的各种IP核结构进行了分析，利用这些IP核结构较为规则的特点，将SD/TF卡Master控制器IP核作为设计对象，最终生成了需要的IP核硬件电路。该方法可弥补人工RTL代码设计IP核的方法的缺陷，如源代码可扩展性、可配置性、一致性较差等。
【作者】邸志雄；
【导师】郝跃；
【作者基本信息】西安电子科技大学，微电子学与固体电子学，2013，博士
【关键词】硬件描述语言；质量评估；组合逻辑环；片上总线；MQ编码器；

【参考文献】
[1]肖萍.东秦岭白垩纪斑岩型钼矿床成矿模式[D].中国矿业大学（北京）,矿床普查与勘探,2012,博士.
[2]黄展华.混合动力客车快速能耗测定方法及仪器的研究[D].华侨大学,机械工程,2013,硕士.
[3]王剑.一种改进的模型算法控制[J].控制与决策,2000,02:245-247.
[4]刘新生.边三轮摩托车质心位置的研究[J].现代电力.1988(01)
[5]肖梦.韩中旅游词汇的翻译实践报告[D].烟台大学,朝鲜语笔译,2014,硕士.
[6]陆汝钤,张松懋.从故事到动画片——全过程计算机辅助动画自动生成[J].自动化学报,2002,03:321-348.
[7]杨梦秋.油茶林光合特性及其养分动态的研究[D].安徽农业大学,园林植物与观赏园艺,2011,硕士.
[8]陆建良.动迁安置社区治理研究[D].苏州大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[9]郝庆美.千佛山医院预约挂号系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[10]陈燕萍.中国农业银行贷款担保风险与控制研究[D].石家庄经济学院,工商管理,2013,硕士.
[11]刘维正.英国新工党政府的欧洲一体化政策研究[D].南京师范大学,国际政治,2012,硕士.
[12]王晓.水基碳纳米复合相变材料的非等温结晶过程研究[D].浙江大学,2014.
[13]刘威.顺应论视角下的高中英语教师课堂话语标记语研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[14]邵锦敏.ACIM矢量控制及MATLAB仿真和硬件设计[D].吉林大学,无线电物理,2013,硕士.
[15]简锋.基于变论域模糊控制的温室大棚温度控制[D].沈阳工业大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[16]娄山佐,吴耀华,吕文.随机中断环境下的库存控制研究[J].自动化学报,2010,07:999-1006.
[17]刘莹.武汉普通高校有氧舞蹈课程多元化教学的可行性研究[D].华中师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[18]饶良武.HTM50200异型石材加工中心动态特性研究[D].沈阳建筑大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[19]李红辉,齐佳,刘峰,杨芳南.模糊测试技术研究[J].中国科学:信息科学,2014,10:1305-1322.
[20]韩守东,赵勇,陶文兵,桑农.基于高斯超像素的快速GraphCuts图像分割方法[J].自动化学报,2011,01:11-20.
[21]尚晨.无固定期限劳动合同问题研究[D].沈阳师范大学,民商法学,2013,硕士.
[22]于晓晶.山东半岛冷流暴雪过程的环境条件分析与数值模拟研究[D].中国气象科学研究院,气象学,2013,硕士.
[23]韩艳珍.毛泽东反腐败思想研究[D].西南大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[24]余作岳,周国逸,彭少麟.小良试验站三种地表径流效应的对比研究[J].植物生态学报,1996,04:355-362.
[25]项楠.端到端的手机语音加密方法研究与设计[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2011,硕士.
[26]陈珊.毛泽东干部作风教育思想及其当代启示[D].江西财经大学,思想政治教育,2013,硕士.
[27]张静静.教师参与课程开发研究[D].华东师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[28]张颖.论七年级思想品德课中培养学生自我认同感[D].内蒙古师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[29]廖家胜.光学扫描型长程轮廓仪关键技术研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),光学工程,2013,硕士.
[30]于本双.无线光通信大气信道影响抑制技术的研究[D].哈尔滨工业大学,物理电子学,2013,硕士.
[31]储昌超.基于信息扩散理论的区域森林火灾风险预测研究[D].中南林业科技大学,森林经理学,2014,硕士.
[32]李娇.无线传感器网络数据聚合算法的研究[D].东北大学,计算机应用技术,2011,硕士.
[33]张狂静.抗战时期毛泽东的文化思想研究[D].长春工业大学,思想政治教育,2013,硕士.
[34]赵阳.集二铁路防风固沙植物防护措施对环境影响的评价[D].北京交通大学,环境工程,2012,硕士.
[35]付洪,袁颖.新的社会时空背景下思想政治教育的使命[J].中共天津市委党校学报,2014,03:90-94.
[36]王建.云环境下工作流系统任务层调度算法研究[D].安徽大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[37]孙成艺.论《联合国国际货物销售合同公约》中的补缺解释[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[38]蒋霞.硒对抗氧化物酶活性的影响及对2型糖尿病的预防作用[D].苏州大学,营养与食品卫生学,2013,硕士.
[39]王新,王冬冬.湖南城乡初中体育教育资源均衡配置研究[J].体育文化导刊,2014,02:142-145.
[40]沈昕.高效数控环境下单元化制造资源管理研究与应用[D].西北工业大学,机械电子工程,2003,硕士.
[41]陈建国.团头鲂配合饲料中肉骨粉替代鱼粉的研究[D].南京农业大学,渔业,2013,硕士.
[42]朱成章.开发西部水电要认真研究[J].科技导报.2001(04)
[43]喻建平,闫巧.入侵检测系统的发展及其研究方向[J].信息安全与通信保密,2002,05:17-19.
[44]黄鹏.ROBOCUP小型组足球机器人运动策略的研究[D].河北工业大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[45]刘龙波.中等强度有氧运动对2型糖尿病患者血糖血脂体重的影响[D].西安体育学院,运动人体科学,2013,硕士.
[46]郝瑞参,李德才,刘华刚,龚雯.压差传感器用磁性液体的制备及特性分析[J].机械工程师,2014,07:29-31.
[47]熊锡龙.灰色数据挖掘及其在船舶避碰中的应用[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2002,06:758-760.
[48]周广涛.多维实数向量组及模糊数的排序方法及应用[D].杭州电子科技大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[49]郑成俊.应用于现代绘画的数字媒体艺术的研究[D].中央美术学院,美术学,2013,硕士.
[50]蔡莹.论违约金的调整规则[D].吉林大学,法律,2013,硕士.