Технологии проектирования специальной аппаратуры с применением БМК


Главная > Базовые матричные кристаллы > Технологии проектирования специальной аппаратуры с применением БМК

 

 

ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ
АППАРАТУРЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ БМК

 

     Разработка современной аппаратуры - сложный и длительный процесс, в ходе которого решаются системные и технические задачи, выполняется проектирование специализированной элементной базы, отрабатываются алгоритмы функционирования, интерфейсы и взаимодействие блоков в составе изделия, разрабатываются конструкция и печатные платы, тестируется программное обеспечение и т.д. При этом используются определённые методы и маршруты проектирования, позволяющие реализовать необходимые схемотехнические решения с помощью программных или аппаратных средств. Поэтому процесс разработки аппаратуры можно назвать технологией проектирования.

     При разработке аппаратуры космического назначения широкое распространение получили полузаказные микросхемы и связанные с ними технологии проектирования специальной аппаратуры с применением БМК, которые формировались на основе технологии проектирования с применением стандартных компонентов.

 

Технология проектирования с применением стандартных компонентов

 

     Технология проектирования специальной аппаратуры с применением стандартных компонентов базировалась на микросхемах малой и средней степени интеграции, а также дискретных компонентах. Разработчик мог использовать серийно выпускаемые разрешённые к применению в специальной аппаратуре микросхемы и дискретные компоненты, функциональные возможности которых были весьма ограничены. Хотя технология проектирования на стандартных компонентах имела существенные ограничения, связанные с функциональными возможностями элементной базы и тем, что программные средства проектирования были недостаточно развиты, она заложила принцип ориентации на серийный образец, его технологичность и тестопригодность, а также на выполнение всего цикла разработки макетного, опытного и серийного образцов в рамках единой компонентной базы, что позволяло эволюционно построить процесс разработки новых изделий.

  
Технология проектирования с применением БМК

 

     Следующим шагом в развитии технологий разработки аппаратуры стала технология разработки аппаратуры с применением БМК, элементной базой которой явились базовые матричные кристаллы. Традиционная методология разработки полузаказных микросхем на основе БМК предполагает моделирование поведения микросхемы специальными программными средствами и конечную проверку правильности функционирования микросхемы в аппаратуре после её изготовления. Разработка выполняется на основе отработанных методов, средств и маршрутов проектирования и ориентирован на получение годных микросхем уже при первом изготовлении. Это обеспечивается высокими требованиями к тестируемости и к качеству проектирования, что гарантируется средствами САПР, которые учитывают специфику конкретных серий БМК и технологию их изготовления.

  
Технологии проектирования ПЛИС-БМК

 

    Основными недостатками технологии разработки аппаратуры с применением БМК являются длительный цикл изготовления полузаказных микросхем и невозможность исследования проектов микросхем в аппаратуре, что, как правило, ведет к многократным коррекциям и повторным изготовлениям микросхем в процессе разработки изделия. Поэтому появление ПЛИС, позволяющих легко выполнять коррекцию проекта специализированной ИС непосредственно в аппаратуре, явилось новым шагом в развитии методологии разработки аппаратуры. Методология разработки аппаратуры с применением ПЛИС обеспечивает рекордно короткий проектно-технологический цикл, минимальные затраты на проектирование, максимальную гибкость при модификации аппаратуры. При этом весь проектно-технологический цикл выполняется разработчиком РЭА на одном рабочем месте. Попыткой совместить преимущества разработки аппаратуры с применением ПЛИС с одновременным обеспечением высоких эксплуатационных и надежностных характеристик стала методология ПЛИС-БМК, которая предполагает отработку макетных образцов аппаратуры на ПЛИС с последующей их заменой на БМК. Наиболее сложным этапом указанной методологии является переход от проекта ПЛИС к проекту БМК, который, как правило, требует полного перепроектирования. Это обусловлено конструктивными особенностями ПЛИС, применяемыми методами проектирования, особенностями библиотек элементов. В результате перехода от ПЛИС к БМК формируется новый проект микросхемы, который существенно превосходит объём исходного проекта, что снижает выход годных при изготовлении микросхемы. При необходимости его коррекции в результате испытаний экспериментальных образцов требуется либо одновременное сопровождение изменений в проектах ПЛИС и БМК, либо повторная отладка проекта на ПЛИС с последующим переводом скорректированного проекта в базис БМК.

     Методология разработки аппаратуры ПЛИС – БМК, имеет возможность отработки проекта микросхемы средствами ПЛИС в составе аппаратуры, но не может использовать достижений методологии БМК, базирующейся на отработанных методах, средствах и маршрутах проектирования, ориентированной на получение годных микросхем при первом изготовлении.

 

Технологии проектирования БМК-ПЛИС-БМК

 

     Следующим шагом в развитии технологии проектирования стала методология БМК – ПЛИС – БМК, разработанной и реализованной специалистами НПК «Технологический . центр» на базе лицензионно чистой системы автоматизированного проектирования (САПР) «Ковчег». Она позволяет в короткие сроки выполнить разработку и отладку макетного образца, при переходе к опытному образцу обеспечивает быструю и гарантированную реализацию изделия на отечественной элементной базе.

     Можно выделит четыре основных принципа, которые лежат в основе методологии БМК – ПЛИС – БМК:

  1. Ориентация на отечественную элементную базу, разрешенную к применению в аппаратуре специального назначения. Разработка технических требований к изделию выполняется с учетом возможностей освоенных в производстве серий БМК, исходя из них разрабатывается архитектура изделия, формулируются требования к полузаказным микросхемам, проектируются печатные платы под конструкцию БИС на БМК. Благодаря этому весь цикл разработки изделия выполняется в базисе элементной базы, используемой в опытном образце, что обеспечивает эволюционную отладку изделия, начиная со стадии эскизного проекта.
  2. Получение годных образцов микросхем с первой попытки. Это достигается за счет:
    • применения методов бездефектного проектирования на стадии создания электрической схемы;
    • разработки функциональных и контрольно-диагностических тестов проверки проекта микросхемы, обеспечивающих не только проверку правильности функционирования и тестируемости, но и возможность измерения электрических параметров микросхемы;
    • разработки топологии с учетом специфики проекта микросхемы и списка скоростных цепей;
    • аттестации проекта микросхемы с учётом факторов окружающей среды и разброса методологии.
  3. Применение оригинальной библиотеки элементов, учитывающей специфику БМК и ориентированную на методы бездефектного проектирования;
  4. Прототипирование микросхем, позволяющее провести исследования и испытания микросхемы средствами имитатора микросхем до их изготовления в составе реальной аппаратуры.