IC设计虚拟仿真实验项目

课程介绍与课件

本实验项目切实贯彻“加强基础，强化应用，提高素质，注重创新，激励个性，体现特”的人才培养思路，努力强化学生IC设计的实践能力的培养。

本实验项目的教学内容包括ASIC设计的基础，注重使学生理解ASIC设计的基本流程与关键技术，重点在于通过具体的UART控制器芯片的设计，介绍ASIC设计流程中最主要的几种专业EDA软件的使用，包括逻辑仿真、逻辑综合、静态时序分析、版图综合与验证、测试向量生成与故障模拟、形式验证等。

实验教学中主要包括课内和课外两种教学。一是课内实验教学指导，通过老师随堂演示、指导及相配套的实验报告的完成使学生能够基本掌握ASIC设计中不同EDA软件的功能与使用；二是开放的网络教学，注重特人才培养，使对实验内容有兴趣的学生有条件进行深入的、综合性的实验培训，配备专门老师进行在线或离线指导。

本实验项目及实验环境对本校学生开放，接收国内高校及信息学科研究机构业务技术人员

进修访问。实验项目的虚拟资源放置在专用服务器上，不仅对相关专业学生开放，而且对社会各个单位和个人开放，实验项目的所有资源均可以上网对公众开发，课件、实践指南等都可以通过互联网自由下载。利用虚拟技术构建交互式的实验教学与管理信息平台，建立自觉式、协作式的“学习共同体”的虚拟仿真实验教学模型，可以是校内、校外个人或者单位注册账号，登陆本实验平台网站，浏览，并进行实际操作，最大化资源利用效果。

本实验教学对学生的评价主要包括四个方面：课程实验的出勤率、平时实验过程（实验报告）的完成情况、上机操作考核情况及学生在课堂之外的实验情况。对实验指导老师的评价主要包括三个方面，包括对实验内容的设计与更新、实验的过程管理及在线指导情况。通过这些客观的评测，强化提高学生学生进行ASIC设计的能力，并促进老师对本实验教学完善。

2-1名称

渣油四组分

UART控制器专用芯片设计实验

2-2实验目的

本实验通过一个UART控制器芯片的完整设计，主要达到以下目的：

1）使学生掌握ASIC设计的基本流程；

2）通过实验使学生掌握ASIC设计的基本原理与方法；

3）通过本实验，使学生能熟练使用常用ASIC设计的专用EDA工具。

2-3实验原理（或对应的知识点）

本实验涉及ASIC从前端设计到后端设计的所有流程，主要知识点包括：

探头板1）数字系统的HDL描述与仿真；

2）逻辑综合与可测性设计综合、综合约束设计；

3）静态时序分析原理、功能与应用；

4）版图综合的基本流程，电源、时钟树综合、自动布局布线，版图验证；

5）数字系统的测试与自动测试向量生成；

6）形式验证的基本原理及其在ASIC设计流程中的作用。

2-4实验仪器设备（装置或软件等）

A．硬件：

服务器（Linux/UNIX操作系统）；

个人PC机终端。

B．软件：

1）逻辑仿真：ModelSim（Mentor Graphics）

2）逻辑综合：Design Compiler（Synopsys）

3）静态时序分析：Prime Time（Synopsys）

4）版图综合：SOC Encounter（Cadence）

5）自动测试矢量生成：TetraMAX（Synopsys）

6）形式验证：Formality（Synopsys）

7）版图验证工具：IC5141、Assura （Cadence）

2-5实验材料（或预设参数等）

芯片面积、功耗尽量小。

数据传输速率：1200、2400、4800、9600、192000 Baud

2-6 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）

在实验中采用的教学方法有：

1）实验演示

每次实验，指导老师先进行一个基本的实验流程操作，对一些关键或容易出错之处进行强调，使学生首先有一个感性的认识；然后，安排较综合的实验操作，使学生从实验操作过程不忙乱。

2）操作过程实验报告

每次实验都编排有依实验过程的相关问题的实验报告，学生一边实验操作一边思考回答问题，达到对理论或难点知识的深刻理解。

3）网络教学

实验教学课堂时间的安排毕竟有限。为了给对ASIC设计有兴趣的学生提供一个良好的实验条件,ASIC实验在课后仍开放实验环境，学生在校园网内任何网络端口可全天候上机实践，并与指导老师进行交互。大大激发了学生的实验兴趣。

2-7实验方法与步骤要求（学生操作步骤应不少于10步）

1）Linux操作环境与TCL脚本语言介绍（1课时）

练习应用Linux的vi编辑器编写、运行TCL脚本命令。

2）实验内容介绍（1课时）

熟悉UART的基本工作原理、系统结构；

性引诱参考已有设计，理解UART系统的VHDL描述；

了解本实验ASIC的流程。

3）应用ModelSim对UART的功能进行仿真（4课时）

熟悉ModelSim软件的基本功能与操作；

练习UART的功能仿真；

练习UART的性能仿真；

练习应用ModelSim的高级功能对UART进行仿真；

完成实验报告。

4）逻辑综合（4课时）

熟悉逻辑综合工具Design Compiler的图形用户方式与命令（脚本）操作方式；

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练习编写逻辑综合约束脚本文件，并应用脚本文件控制综合过程；

进行综合结果分析：综合最坏路径延时、功耗估计等；

练习可测性设计的逻辑综合;

完成实验报告。

5）静态时序分析（2课时）

熟悉静态时序分析工具Prime Time的操作方式；

理解输入延时、输出延时、时序弧等概念；

对逻辑综合后的UART设计进行静态时序分析，分析关键路径。

完成实验报告。

6）版图综合（6课时）

了解并输入应用SOC Encounter进行版图综合的各类库文件及逻辑综合文件；

进行版图规划设计；

进行电源网络综合；

进行自动布局；

进行时钟树综合；

进行自动布线。完成版图综合；

完成实验报告。

7）版图验证（2课时）

将版图综合的结果导入模拟IC设计工具IC5141；

应用版图验证工具Assura对版图进行DRC验证、LVS验证。

8）测试向量生成（4课时）

熟悉测试向量综合工具TetraMAX的操作；

对UART的DFT综合网表构造ATPG模型；

进行设计规则检查；

练习外部输入测试图形的故障模拟；

完成实验报告。

9）形式验证（4课时）

熟悉形式验证工具Formality的基本概念与软件操作流程；

读入设计、设置信息、匹配比较点与验证；

结果分析与调试；

完成实验报告。

10）完成设计结果报告。

2-8实验结果与结论要求

1)完成各次的实验报告。

2)在提交的设计结果报告中提供以下内容：

逻辑仿真测试平台与仿真波形、仿真结果分析；

逻辑综合结果报告（电子文件形式）；

静态时序分析结果报告（电子文件形式）；

版图综合结果：综合的版图图片、版图验证的结果；

测试向量生成：采用的故障模型及对应的故障覆盖率；

形式验证：形式验证的对象及结果报告；

实验中的问题。

2-9考核要求

1）每次实验报告评阅，5分制。占总评的40%；

2）项目最终实验结果报告，百分制。占总评的20%；

3）实验操作上机考评：百分制，随机抽题。占总评的30%。

4）实验出勤，10%。

2-10面向学生要求

胎圈钢丝（1）专业与年级要求

电子科学与技术专业四年级、微电子科学与工程四年级学生。

（2）基本知识和能力要求等

要求学生掌握Linux的基本操作。具有数字电子技术基础、半导体集成电路基础、和专用集成电路设计的基本理论知识背景。

3-2网络条件要求

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

带宽 > 100 Mbps

（2）说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）

并发响应数不少于10个。

3-3用户操作系统要求（如Windows、Unix、IOS、Android等）

（1）计算机操作系统和版本要求

服务器端操作系统：Linux, RHEL 4.0以上。

（2）其它计算终端操作系统和版本要求

个人终端PC机操作系统：Windows XP以上。

3-4用户非操作系统软件配置要求（如浏览器、特定软件等）

（1）计算机非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载服务）

客户端软件：Xmanager v2.0版本以上。

可提供此软件下载。

（2）其它计算终端非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载服务）

3-5用户硬件配置要求（如主频、内存、显存、存储容量等）

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（1）计算机硬件配置要求

A.服务器

CPU数：> 4个，每个CPU不少于16核

CPU主频：> 2.4 GHz

内存： > 256 GB

显存： > 256 MB

存储容量（硬盘）： > 2 TB

B.个人PC终端

CPU主频：> 3 GHz

内存： > 4 GB

显存： > 256 MB

存储容量（硬盘）： > 500 GB

（2）其它计算终端硬件配置要求

无

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