DE3711148C2 - Auf einem Chip ausgebildeter integrierter Mikrocomputer und Verfahren zum Zusammenstellen der Topographie für die Herstellung eines solchen Mikrocomputers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen auf einem Chip ausgebildeten integrierten Mikrocomputer und ein Verfahren zum Zusammenstellen der Topographie für die Herstellung eines solchen Mikrocomputers.

Mikrocomputer unterschiedlichen Typs unterscheiden sich voneinander vornehmlich durch Art und Anzahl verfügbarer Funktionen. Will man einem bestimmten Mikrocomputer eine Funktion hinzufügen oder auf eine Funktion verzichten, so muß man nicht nur den Mikrocomputer ersetzen, sondern ihn auch teilweise oder vollständig neu entwerfen. Dies bedeutet eine lange Entwicklungszeit für neue Versionen von Mikrocomputern mit der Möglichkeit der Entstehung neuer Fehler bei der Neuentwicklung von Teilen, die bereits in früheren Versionen ausgetestet waren. In der Praxis werden durch dieses Vorgehen die Bauelementkosten erhöht, und gleichzeitig wird die Anzahl von möglichen neuen Versionen beschränkt.

Man kann auch in einer einzigen Version eines Mikrocomputers die größtmögliche Anzahl von Funktionen vorsehen, um dem möglichen Bedarf bei verschiedenen Anwendungsfällen Rechnung zu tragen. Dies führt in der Regel zu einer übermäßig großen Anzahl von Funktionen, d. h. zu einem Funktionsüberschuß, verglichen mit den Bedürfnissen einer speziellen Klasse von Anwendungsfällen. Eine solche Lösung ist also unwirtschaftlich und schmälert durch die hohen Kosten mögliche Anwendungen für einen Mikrocomputer. Außerdem ist ein solches System kaum für spätere Erweiterungen geeignet, außer man nimmt die Kosten für einen teilweisen oder vollständigen Neuentwurf in Kauf.

Nach einer anderen Strategie wird eine Bibliothek unabhängiger Moduln geschaffen, von denen jedes so aufgebaut ist, daß es den kleinstmöglichen Platz auf einem Silizium-Chip belegt. In diesem Zusammenhang versteht man unter Modul einen bestimmten Bereich des Halbleiterchips, der eine bestimmte Funktion innerhalb des Halbleiterchips ausübt, jedoch von dem Halbleiterchip nicht baulich getrennt ist. Die verschiedenen Moduln haben somit nicht aufeinander abgestimmte Formen und Größen, und die zur Signalübertragung dienenden Anschlüsse, über die einzelne Moduln miteinander verbunden werden können, befinden sich - topographisch gesehen - an vollständig verschiedenen Stellen. Dies bedeutet eine Vergeudung an Chip-Belegungsfläche, da die Verbindungen zwischen den Moduln geschaffen werden müssen und gleichzeitig eine regelmäßige Rechteckform des Chips angestrebt wird, die sämtliche erforderlichen Moduln enthält. Im allgemeinen ist die benötigte Gesamtfläche mehr als doppelt so groß wie der von den Ausgangs- Moduln tatsächlich belegte, aktive Flächenbereich. Dies erhöht die Herstellungskosten und beschränkt die maximale Anzahl von Funktionen des Mikrocomputers.

Aus Electronics, 15. Juni 1985, Seiten 56 bis 58 ist der Aufbau sogenannter Megazellen für den kundennahen Entwurf von Chips bekannt. Die Megazellen haben eine einheitliche Höhe und werden je nach Bedarf aneinander gefügt, wobei sich - bei Draufsicht - an der Oberseite, in der Mitte und an der Unterseite jeweils ein Bussystem befindet. Um die einzelnen Megazellen mit den Busleitungen zu verbinden, müssen also senkrecht zu den Busrichtungen verlaufende Verbindungsleitungen zwischen den Megazellen und den Bussen vorhanden sein. Daher sind die Anschlußstellen der einzelnen Megazellen den benachbarten Bussen zugewandt. Zwischen benachbarten Megazellen selbst gibt es keine Verbindungspunkte.

Der Erfindungs liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikrocomputer der eingangs genannten Art anzugeben, der ohne großen Aufwand und mit möglichst wenig Chipfläche bei hoher Flexibilität hinsichtlich der möglichen Funktionen des Mikrocomputers herstellbar ist, sowie ein Verfahren zur Zusammenstellung der Topographie für die Herstellung eines solchen Mikrocomputers verfügbar zu machen.

Die Struktur der Moduln gestattet, daß man die Moduln topographisch einfach zusammenfügt, so daß sämtliche elektrischen Verbindungen, die für den Gesamtbetrieb der verschiedenen Moduln notwendig sind, automatisch erreicht werden.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine große Anzahl integrierter Mikrocomputer-Typen geschaffen werden kann, von denen jeder Mikrocomputer-Typ den Bedürfnissen spezieller Anwendungsfälle entspricht, obschon lediglich von einer begrenzten Anzahl von Grundmoduln ausgegangen wird.

Von den durch die Erfindung erreichten Vorteilen sind insbesondere zu nennen: (a) es wird keinerlei Chip-Belegungsfläche für die Modul-Verbindungen vergeudet, so daß die Produktionskosten gesenkt werden; (b) es entstehen keine Entwurfskosten für die verschiedenen Modul-Konfigurationen, die lediglich einmal entworfen und dann - ohne Änderungen - verwendet werden können, da sie bereits die für den Signalaustausch zwischen den Moduln benötigten Verbindungen enthalten; (c) die Zeit für die Schaffung einer neuen Konfiguration, d.h. eines neuen integrierten Mikrocomputers, der sämtliche und nur diejenigen Funktionen enthält, die speziell für eine gegebene Klasse von Anwendungsfällen gefordert werden, wird drastisch reduziert, soweit die Entwurfsphase betroffen ist; und (d) die Möglichkeit der Entstehung von Entwurfsfehlern beim Zusammenstellen einer neuen Konfiguration ist praktisch nicht vorhanden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines integrierten Mikrocomputers mit modularem Aufbau gemäß der Erfindung, bestehend aus einer Mehrzahl optionaler Moduln,

Fig. 2 den strukturellen Aufbau des Mikrocomputers mit den gleichen funktionellen Moduln wie in Fig. 1, und

Fig. 3 bis 5 schematische Darstellungen alternativer Mikrocomputer-Konfigurationen nach der Erfindung.

Bei der Anordnung in Fig. 1 wird davon ausgegangen, daß ein Mikrocomputer aus 9 Moduln besteht. Im einzelnen handelt es sich um folgende Moduln:

1 Zentraleinheit (CPU)
2 Festspeicher (ROM)
3 EPROM
4 EEPROM
5 Schreib-/Lese-Speicher (RAM)
6 Seriell-Eingabe/Ausgabe-Einheit (SIO)
7 Parallel-Eingabe/Ausgabe-Einheit (PIO)
8 Zeitsteuereinheit
9 Analog/Digital-Umsetzer

Einige dieser Moduln können fortgelassen werden, andere Moduln anderer Funktion können hinzugefügt werden. Ferner können mehrere Moduln des gleichen Typs vorgesehen sein, was von den speziellen Anwendungsfällen abhängt.

Mit einer begrenzten Anzahl von Moduln kann mehrere Tausend signifikant unterschiedlicher Mikrocomputer-Konfigurationen schaffen, aus denen man die am meisten geeigneten auswählt. Einige solcher Konfigurationen sind in den Fig. 3-5 dargestellt.

Nach der in Fig. 2 dargestellten Grundriß-Ansicht sind sämtliche Moduln 1-9 rechtwinklig und besitzen eine feste erste Abmessung H und eine zweite Abmessung L, wobei die zweite Abmessung L abhängig von der Komplexität der Schaltungen der einzelnen Moduln veränderlich ist.

Die funktionellen Verbindungen zwischen den verschiedenen Moduln haben die Form von zusammen Busse 10 und 11 (Fig. 1) bildenden Busabschnitten, die - topolographisch gesehen - an vorbestimmten Stellen angeordnet sind - die die senkrecht zu der Seite mit der festen Abmessung H der Moduln - für sämtliche Moduln gleich sind (Fig. 2). Auf diese Weise werden zwei benachbarte Moduln automatisch elektrisch miteinander verbunden. Dies gilt für die Stromversorgungs- und Masseleitungen, die für sämtliche Moduln gemeinsam sind.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Gesamtheit der das Mikrocomputer-Chip bildenden Moduln 1-9 in einem rechtwinkligen rahmenartigen Randbereich 12 eingeschlossen, der eine feste erste Abmessung H′ aufweist, die der festen Abmessung H der verschiedenen Moduln entspricht, und der eine zweite Abmessung L′ aufweist, welche der Summe der Abmessungen L der Moduln entspricht. Innerhalb des Randbereichs 12 ist die Schnittstellenschaltung ausgebildet, und auf dem Randbereich 12 sind verschiedene Anschlüsse 13 gebildet, die zur Verbindung des Chips mit externen Schaltungseinrichtungen dienen, insbesondere mit dem üblichen mechanischen Gehäuse des Chips. Die Anschlüsse 13 haben rechtwinklige Form und gleichmäßige Abmessungen, wenngleich sie anders gestaltet sind und im allgemeinen wesentlich kleiner sind als die funktionellen Moduln 1-9.

Claims (7)

1. Auf einem Chip integrierter Mikrocomputer, umfassend:

• a) eine Anzahl rechtwinkliger funktioneller Halbleiterchip-Moduln (1-9) mit jeweils einer ersten Seite der gleichen Länge (H) und einer zweiten Seite, mit einer Länge (L), die für die einzelnen Bausteine verschieden sein kann, wobei die Baublöcke (1-9) mit ersten Seiten benachbart zueinander angeordnet sind,
• b) wobei eine elektrische Busverbindung (10, 11) der Moduln (1-9) vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß die einzelnen Moduln (1-9) die Busverbindungen (10, 11) enthalten,
• d) und daß die Verbindungsstellen der Busse (10, 11) an vorbestimmten Stellen entlang der ersten Seiten angeordnet sind, die für alle Baublöcke (1-9) gleich sind.

2. Mikrocomputer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rechtwinkligen Moduln (1-9) in einem Umfangsrahmen (12) angeordnet sind, wobei die eine Innenabmessung (H′) des Umfangsrahmens (12) der Länge (H) der ersten Seite der einzelnen Baublöcke (1-9) und die zweite Innenabmessung (L′) des Umfangsrahmens (12) der Summe der zweiten Längen (L) der Baublöcke (1-9) entspricht.

3. Mikrocomputer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrahmen (12) Anschlüsse (13) für externe elektrische Verbindungen des Mikrocomputers aufweist.

4. Verfahren zum Zusammenstellen der Topographie für die Herstellung eines integrierten Mikrocomputers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem

• a) eine Mehrzahl rechtwinkliger funktioneller Moduln (1-9) erstellt wird, die je eine erste Seite mit einer festen ersten Abmessung (H) und eine zweite Seite mit einer veränderlichen zweiten Abmessung (L) aufweisen,
• b) und eine aus der Mehrzahl ausgewählte Anzahl Moduln (1-9) topograpisch derart zusammengesetzt wird, daß die Moduln (1-9) mit ihren je ersten Seiten einander benachbart angeordnet werden,
• c) wobei die Moduln (1-9) über Busverbindungen (10, 11) elektrisch miteinander verbunden werden,

dadurch gekennzeichnet,

• d) daß die einzelnen Moduln (1-9) Busabschnitte enthalten, über welche die elektrische Verbindung mit anderen Moduln (1-9) erfolgt,
• e) und daß Verbindungsstellen der Busabschnitte an vorbestimmten Stellen entlang der ersten Seiten angeordnet sind, die für sämtliche Moduln (1-9) gleich sind,
• f) so daß die Busabschnitte benachbarter Moduln (1-9) durch das Zusammensetzen der Moduln (1-9) automatisch miteinander elektrisch verbunden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Moduln (1-9) in einem rechtwinkligen rahmenartigen Randbereich (12) angeordnet werden, dessen eine Innenseitenabmessung (H′) der Abmessung (H) der ersten Seite der Moduln (1-9) entspricht und dessen andere Innenseitenabmessung (L′) der Summe der Längen (L) der zweiten Seiten der Gesamtheit der den Mikrocomputer bildenden Moduln (1-9) entspricht.