2.9 Ebenen der Hardware-Modellierung
129
keiten einer Wertänderung von Signalen und können deshalb zur Energiebestimmung herangezogen werden. Die Berechnung von Verzögerungen kann hier
genauer durchgeführt werden als bei einem Modell auf RTL-Ebene. Allerdings
ist während der Entwurfsphase üblicherweise keine Information über die Längen
von Verbindungsleitungen und somit auch nicht über deren Kapazitäten verfügbar. Daher sind Verzögerungs- und Energiewerte auch auf dieser Ebene lediglich
Schätzungen.
Der Begriff „Gatterebene“ wird manchmal auch in Situationen verwendet, wo die
Gatter lediglich dazu verwendet werden, um Boolesche Funktionen darzustellen.
Gatter in einem solchen Modell repräsentieren aber nicht unbedingt physikalische
Gatter. Es wird dann nur das Verhalten der Gatter betrachtet, nicht die Tatsache,
dass sie in der späteren Realisierung physikalische Komponenten darstellen. Genauer sollten solche Modelle eigentlich „Boolesche Funktionsmodelle“ heißen23,
dieser Begriff ist aber nicht sehr weit verbreitet.
• Modelle auf Schalterebene: Modelle auf Schalterebene verwenden Schalter
(Transistoren) als Grundbausteine. Solche Beschreibungen verwenden Modelle
digitaler Signalwerte (siehe Beschreibung möglicher Wertemengen ab Seite 97).
Im Gegensatz zu Modellen auf Gatterebene können die Modelle auf Schalterebene
den bidirektionalen Transfer von Informationen in Schaltungen abbilden. Für die
Simulation wird häufig die ternäre Simulation eingesetzt [72].
• Modelle auf Schaltungsebene: Die Schaltungstheorie und ihre Bestandteile
(Strom- und Spannungsquellen, Widerstände, Kondensatoren, Spulen und möglicherweise Makromodelle von Halbleitern) bilden die Basis der Simulation auf
dieser Ebene. Simulationen beinhalten partielle Differentialgleichungen. Diese
Gleichungen sind nur dann linear, wenn das Verhalten der Halbleiter linearisiert (approximiert) wird. Die am häufigsten verwendeten Simulatoren auf der
Schaltungsebene sind SPICE [556] und dessen Varianten.
• Modelle auf Layoutebene: Modelle auf Layoutebene zeigen das tatsächliche
Layout der Schaltung. Solche Modelle beinhalten geometrische Informationen.
Sie können nicht direkt simuliert werden, da die Geometrie keine konkreten Anhaltspunkte für das Verhalten gibt. Das Verhalten kann erschlossen werden, wenn
man das Modell auf Layoutebene gemeinsam mit einem verhaltensorientierten
Modell auf einer höheren Ebene kombiniert, oder indem aus dem Layout die
Schaltung extrahiert wird, wobei man Wissen über die Darstellung von Komponenten auf der Layoutebene benötigt. In einem typischen Entwurfsablauf werden die Länge von Verbindungsleitungen und deren entsprechende Kapazitäten
aus dem Layoutmodell extrahiert und in die Beschreibungen auf höherer Ebene
zurück-annotiert (engl. back-annotated). Auf diese Weise kann die Genauigkeit
von Verzögerungs- und Energieschätzungen verbessert werden. Layoutinformationen können auch für die thermische Modellierung benötigt werden.
• Modelle auf Prozess- und Schaltungs-Ebene: Auf einer noch niedrigeren Stufe kann man den Herstellungsprozess modellieren. Aufgrund der Information
aus diesen Modellen kann man Parameter (z.B. Verstärkung und Kapazität) für
23 Diese Modelle könnten mit Hilfe von binären Entscheidungsdiagrammen (Binary Decision
Diagrams (BDD)) [570] dargestellt werden.
129
keiten einer Wertänderung von Signalen und können deshalb zur Energiebestimmung herangezogen werden. Die Berechnung von Verzögerungen kann hier
genauer durchgeführt werden als bei einem Modell auf RTL-Ebene. Allerdings
ist während der Entwurfsphase üblicherweise keine Information über die Längen
von Verbindungsleitungen und somit auch nicht über deren Kapazitäten verfügbar. Daher sind Verzögerungs- und Energiewerte auch auf dieser Ebene lediglich
Schätzungen.
Der Begriff „Gatterebene“ wird manchmal auch in Situationen verwendet, wo die
Gatter lediglich dazu verwendet werden, um Boolesche Funktionen darzustellen.
Gatter in einem solchen Modell repräsentieren aber nicht unbedingt physikalische
Gatter. Es wird dann nur das Verhalten der Gatter betrachtet, nicht die Tatsache,
dass sie in der späteren Realisierung physikalische Komponenten darstellen. Genauer sollten solche Modelle eigentlich „Boolesche Funktionsmodelle“ heißen23,
dieser Begriff ist aber nicht sehr weit verbreitet.
• Modelle auf Schalterebene: Modelle auf Schalterebene verwenden Schalter
(Transistoren) als Grundbausteine. Solche Beschreibungen verwenden Modelle
digitaler Signalwerte (siehe Beschreibung möglicher Wertemengen ab Seite 97).
Im Gegensatz zu Modellen auf Gatterebene können die Modelle auf Schalterebene
den bidirektionalen Transfer von Informationen in Schaltungen abbilden. Für die
Simulation wird häufig die ternäre Simulation eingesetzt [72].
• Modelle auf Schaltungsebene: Die Schaltungstheorie und ihre Bestandteile
(Strom- und Spannungsquellen, Widerstände, Kondensatoren, Spulen und möglicherweise Makromodelle von Halbleitern) bilden die Basis der Simulation auf
dieser Ebene. Simulationen beinhalten partielle Differentialgleichungen. Diese
Gleichungen sind nur dann linear, wenn das Verhalten der Halbleiter linearisiert (approximiert) wird. Die am häufigsten verwendeten Simulatoren auf der
Schaltungsebene sind SPICE [556] und dessen Varianten.
• Modelle auf Layoutebene: Modelle auf Layoutebene zeigen das tatsächliche
Layout der Schaltung. Solche Modelle beinhalten geometrische Informationen.
Sie können nicht direkt simuliert werden, da die Geometrie keine konkreten Anhaltspunkte für das Verhalten gibt. Das Verhalten kann erschlossen werden, wenn
man das Modell auf Layoutebene gemeinsam mit einem verhaltensorientierten
Modell auf einer höheren Ebene kombiniert, oder indem aus dem Layout die
Schaltung extrahiert wird, wobei man Wissen über die Darstellung von Komponenten auf der Layoutebene benötigt. In einem typischen Entwurfsablauf werden die Länge von Verbindungsleitungen und deren entsprechende Kapazitäten
aus dem Layoutmodell extrahiert und in die Beschreibungen auf höherer Ebene
zurück-annotiert (engl. back-annotated). Auf diese Weise kann die Genauigkeit
von Verzögerungs- und Energieschätzungen verbessert werden. Layoutinformationen können auch für die thermische Modellierung benötigt werden.
• Modelle auf Prozess- und Schaltungs-Ebene: Auf einer noch niedrigeren Stufe kann man den Herstellungsprozess modellieren. Aufgrund der Information
aus diesen Modellen kann man Parameter (z.B. Verstärkung und Kapazität) für
23 Diese Modelle könnten mit Hilfe von binären Entscheidungsdiagrammen (Binary Decision
Diagrams (BDD)) [570] dargestellt werden.