Rozprawa habilitacyjna

PRACE
z. 191
NAUKOWE
POLITECHNIKI
WA R S Z AW S K I E J
Elektronika
2013
Mariusz Rawski
Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Politechnika Warszawska
Dekompozycyjne metody syntezy w projektowaniu systemów
cyfrowych dla heterogenicznych struktur programowalnych
Rękopis dostarczono 20.06.2013 r.
Od wielu lat możliwości nowoczesnych technologii mikroelektronicznych w dziedzinie układów scalonych wzrastają znacznie szybciej, niż zdolność projektantów (wspomaganych narzędziami CAD) do ich wykorzystania. Powoduje to konieczność ciągłego doskonalenia metod
projektowania i opracowywania nowych narzędzi wspomagających ten proces w taki sposób,
aby było możliwe wykorzystanie w jak największym stopniu możliwości nowoczesnej mikroelektronik. W dziedzinie systemów cyfrowych główny kierunek badań obejmuje opracowywanie
efektywnych metod opisu projektowanego układu na poziomie systemu (System Level ), które
zapewniają ujednolicone modelowanie zarówno jego części sprzętowej, jak i programowej. Należy jednak pamiętać, że ostatecznie – w celu realizacji projektowanego urządzenia cyfrowego
– niezbędna jest translacja opisu części sprzętowej z poziomu systemu do poziomu przesłań
międzyrejestrowych RTL. Na tym poziomie układ cyfrowy jest reprezentowany jako sieć bloków
kombinacyjnych, automatów FSM, rejestrów i struktur, takich jak pamięci RAM, sumatory,
układy mnożące itp. Jakość odwzorowania tak reprezentowanego systemu w zasobach logicznych
docelowej architektury w ogromnej mierze zależy od efektywności algorytmów zastosowanych na
etapie syntezy logicznej. Jest to szczególnie widoczne w przypadku struktur programowalnych
FPGA, które dzięki postępowi mikroelektroniki mają obecnie budowę heterogeniczną - składają
się z elementów logicznych różnego typu. Niestety, rozwój metod syntezy logicznej nie nadąża za
rozwojem układów FPGA. Istniejące algorytmy, oparte na koncepcji dekompozycji funkcjonalnej, nie są w stanie w pełni wykorzystać zalet heterogenicznej budowy nowoczesnych struktur
programowalnych. W niniejszej pracy zaprezentowano dekompozycyjne metody syntezy logicznej, umożliwiające efektywne wykorzystanie heterogenicznej struktury nowoczesnych układów
FPGA.
Słowa kluczowe: synteza logiczna, dekompozycja, heterogeniczne układy FPGA
Summary
Decomposition-based synthesis methods in digital system
designing for heterogeneous programmable structures
For many years possibilities delivered by modern microelectronic technology grow much
faster than abilities of designers to utilize them. This necessitates continuous improvement of
design methods and development of new tools to assist design process in such a way, that
the possibilities of modern microelectronics are utilized in most possible degree. In the area of
digital systems the main direction of research includes the development of effective methods of
description of the proposed system at a system level, that provides a unified modeling of both
the hardware and software. However in order to implement hardware part of the designed digital
device the system level descriptions has to be translated to register transfer level (RTL). At this
level digital circuit is represented as a network of combinational blocks, FSMs, registers and
modules, such as RAMs, adders, multipliers, etc. The quality of mapping of RTL description in
the logic resources of target architecture largely depends on the efficiency of the algorithms used
in logic synthesis stage. This is particularly evident in the case of FPGA programmable structures
which, due to the improvements in microelectronics, have heterogeneous architecture - are built
of different types of logic elements. Unfortunately, the development of logic synthesis methods
cannot keep up with the development of FPGA devices. Existing algorithms based on the
concept of functional decomposition are not able to fully exploit the advantages of heterogeneous
architecture of modern programmable structures. In this work synthesis methods based on
functional decomposition concept are presented, that enable the efficient use of heterogeneous
structure of modern FPGAs.
Keywords: logic synthesis, decomposition, heterogeneous FPGA devices