Camadas de abstração de design

Antes de examinarmos mais detalhes da linguagem Verilog, seria bom entender as diferentes camadas de abstração no design de chips.

A camada superior é a arquitetura de nível de sistema que define os vários sub-blocos e os agrupa com base na funcionalidade. Por exemplo, um cluster de processador teria vários núcleos, blocos de cache e lógica de coerência de cache. Tudo isso será encapsulado e representado como um único bloco com sinais de entrada-saída.

No próximo nível, cada sub-bloco é escrito em uma linguagem de descrição de hardware para descrever com precisão a funcionalidade de cada bloco individual. Detalhes de implementação de nível inferior, como esquemas de circuitos e bibliotecas de tecnologia, são ignorados neste estágio. Por exemplo, um bloco de controlador acabará tendo vários arquivos Verilog, cada um descrevendo um componente menor de sua funcionalidade.

HDLs são então convertidos em esquemas de nível de porta que também envolvem bibliotecas de tecnologia que caracterizam elementos digitais como flip-flops. Por exemplo, o circuito digital para um latch D contém portas NAND dispostas de uma certa maneira, de modo que todas as combinações de entradas D e E produzem uma saída Q dada pela tabela verdade.

Uma tabela verdade essencialmente dá a permutação de todos os níveis de sinal de entrada e o nível de saída resultante e o dado abaixo é para uma trava D com um pino de habilitação. O esquema de hardware também pode ser derivado da tabela verdade usando lógica booleana e K-maps. No entanto, não é prático seguir esse método para blocos digitais mais complexos, como processadores e controladores.

A implementação de uma porta NAND é feita pela conexão de transistores CMOS em um formato específico. Nesse nível, as larguras do canal do transistor, Vdd e a capacidade de acionar a carga capacitiva de saída são levadas em consideração durante o processo de projeto.

A etapa final é o layout desses transistores em silício usando ferramentas EDA para que possam ser fabricados. Nesse nível, algum conhecimento de dispositivos e tecnologia seria necessário, pois layouts diferentes acabam tendo propriedades físicas diferentes, como resistência e capacitância, entre outras implicações.

Estilos de design

Em seguida, existem basicamente dois estilos seguidos no design de blocos digitais, que são metodologias de cima para baixo e de baixo para cima.
De cima para baixo
Neste estilo, um bloco de nível superior é definido primeiro junto com a identificação dos submódulos necessários para construir o bloco superior. Da mesma forma, cada um dos sub-blocos é dividido em componentes menores, e o processo continua até chegarmos à célula folha ou a um estágio em que não pode ser mais dividido.
De baixo para cima
Nesse caso, a primeira tarefa é identificar os blocos de construção disponíveis. Em seguida, eles são colocados juntos e conectados de uma certa maneira para construir células maiores e usados ​​para montar o bloco de nível superior.

Normalmente, uma combinação de ambos os fluxos é usada. Os arquitetos definem a visão do projeto no nível do sistema e os designers implementam a lógica de cada um dos blocos funcionais e são sintetizados em portas. Um estilo de cima para baixo é seguido até este ponto. No entanto, esses portões foram construídos seguindo um fluxo de baixo para cima, começando com o layout físico do menor bloco na melhor área, desempenho e potência possíveis. Essas células padrão também possuem um esquema de hardware e podem ser usadas para obter várias informações, como tempos de subida e descida, energia e outros atrasos. Essas células são disponibilizadas para a ferramenta de síntese que as seleciona e instancia quando necessário.