JP3469046B2 - 機能ブロック、および半導体集積回路装置 - Google Patents
機能ブロック、および半導体集積回路装置Info
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Description
lication Specific Integra
ted Circuit)内に設けられた機能ブロッ
ク、この機能ブロックを複数個搭載した半導体集積回
路、及び機能ブロックを複数個搭載した集積回路のシミ
ュレーション方法に関する。
システムを構成しようとするユーザは、所望とするシス
テムを実現するのに、CPUやメモリ、周辺制御用回路
等の各機能毎に作られた複数の集積回路チップを、プリ
ント基板上で配置配線して構成する手法をとってきた。
百万トランジスタを1チップ上に製造することが可能と
なった現在では、これら複数の集積回路チップを1チッ
プ上に構成することが可能となってきている(シリコン
・オン・システムから、システム・オン・シリコンへの
変化)。
対応するために、集積回路を製造する側では、CPUや
各種周辺制御回路等、いわゆる機能ブロックを多数取り
揃え、回路情報及びレイアウト情報を予め作り、ライブ
ラリ化を行っている。ユーザからの新規の集積回路開発
依頼に対しては、これらのライブラリを用いて迅速な開
発を行う体制が採られている。また、ユーザの仕様を満
足する製品を確実に製造するために、製造前の段階から
動作シミュレーンョンを行い、検証をとることが行われ
ている。
概要図である。
ン部210と、このファンクション部210に接続され
る多数の入力端子221−0〜221−m及び出力端子
231−0〜231−nとを備えている。ファンクショ
ン部210は、複数のロジック部210−0〜210−
kから構成されている。
フリップフロップが散在している。例えば入力端子22
1−0とロジック部210−0との間には、フリップフ
ロップ251が接続され、ロジック部210−1と出力
端子231−1との間にはフリップフロップ252が接
続されている。
ク端子には、入力端子222から入力されたシステムク
ロックCLKがバッファ241を介して供給され、さら
にそのリセット端子には、入力端子223から入力され
たシステムリセットRSTがバッファ242を介して供
給される。同時に、このシステムクロックCLK及びシ
ステムリセットRSTはファンクション部210にも与
えられる。
mには、外部より入力信号IN0〜INmがそれぞれ入
力され、各出力端子231−0〜231−nからは、フ
ァンクション部210からの出力信号OUT0〜OUT
nがそれぞれ出力される。
半導体集積回路では、1チップに作り込む機能ブロック
群の巨大化や高速動作の要求から、回路構造が複雑にな
り、機能ブロックに対する入力から出力までの遅延時間
を正確に見積もることが困難になっている。その結果、
シミュレーションによる検証が難しいものになってきて
いる。
説明する。一方の入力端子Aに対する信号変化から出力
変化までの遅延と、他方の入力端子Bに対する信号変化
から出力変化までの遅延とが異なっている。特に高速動
作が要求される製品の場合は、この遅延時間の差も厳密
に定義をしてシミュレーションを行わなければならな
い。このようなゲート回路が多数組み込まれた機能ブロ
ックは、多数の入力信号を持つため、ある状態の入力か
ら出力までの遅延時間を定義するのが非常に困難なもの
になってくる。
持つロジック部210−kに入力される入力信号IN
2,INmと出力OUTnの関係を以下に述べる。
6,Pk及び出力される経路には、フリップフロップな
どの同期回路を含まないため、入力端子221−1,2
21−2へ入力される信号IN2,INmの変化が、あ
る遅延時間の後に出力信号OUTnとして出力端子23
1−nに出力される。但し、この遅延時間は、入力信号
が“1”から“0”に変化したのか、“0”から“1”
に変化したのかで異なってくる。これは遅延時間に入力
の状態依存性があるからである。加えて、入力信号IN
2の信号が変化したのか、入力信号INmの信号が変化
したのかでも異なってくる。これは、遅延時間に経路依
存性があるからである。この様に入力から出力までが非
同期の回路で形成されている経路は、遅延時間の定義が
困難である。
号IN0は、一旦フリップフロップ251に入力し同期
がとられてから、ロジック部210−0に入力されてい
る。しかし、この場合もフリッブフロップ251のQ出
力から出力端子231−0までの遅延が定義困難であ
る。
にフリップフロップ252が接続されている。出力につ
いては同期がとれるが、入力については同期回路を含ん
でないため、入力端子221−1に与えられる入力信号
IN1が他の機能ブロックなどからの信号であった場合
に、その入力されるタイミングが異なり、結果的に誤っ
たデータがこのフリップフロップ252に保持されてし
まうことも考えられる。
組み合わせて構成されている。このため、機能ブロック
Aの出力が機能ブロックBに入力される場合は、機能ブ
ロックAで生じる遅延時間が機能ブロックAに与えられ
る入力の状態によって異なるる。そのため、機能ブロッ
クAの出力が機能ブロックBに入力された場合は、機能
ブロックBの入力の時間的制約に違反し、機能ブロック
Bが誤動作を引き起こす可能性がある。
クBの入力を接続する配線によって生じる信号の遅延
も、集積回格の微細化、及び高速動作の要求からは無視
できない大きさになってきている。このため、機能ブロ
ック単体での動作が保証できているとしても、機能ブロ
ックを複数組み合わせて動作を行わせる場合、動作が保
証できなくなる可能性がある。
る動作確認は非常に困難となっているのが現状である。
また、シミュレーションによって誤動作が確認できた場
合には、これを修正し完全な動作を行うようにする必要
があるが、従来では、機能ブロック間を接続する配線上
にタイミング調整回路(バッファ)を挿入するなどして
配線遅延を小さくする程度の修正しかできないのが実状
である。すなわち、機能ブロック本体を修正して誤動作
をなくすことは、機能ブロックをユーザの開発依頼毎に
新たに開発するのと同様のコストと時間がかかるため、
機能ブロックライブラリを揃えてユーザの開発依頼に迅
速に応えるという開発手法に逆行する。
した例を示す概要図である。
0間は、配線S1〜Snを介して接続されている。さら
に、クロック基幹線500から分岐したクロック支線が
前記機能ブロック300,400にそれぞれ供給され、
また、例えば配線S2,Skには上述したタイミング調
整回路510,511が挿入されている。なお、図中3
10,410はファンクション部である。310−0〜
310−kはファンクション部310に設けられたロジ
ック部であり、311,312は同期回路である。同様
に410−0〜410−kはファンクション部410に
設けられたロジック部であり、411〜413は同期回
路である。
するためになされたもので、その目的は、ブロックの入
出力間遅延を簡単に見積もることができる機能ブロック
を提供することである。またその他の目的は、機能ブロ
ックを複数組み合わせて動作を行わせる場合において、
確実に動作する半導体集積回路装置を提供することであ
る。さらに、その他の目的は、機能ブロックを複数組み
合わせて動作を行わせる場合において、動作シミュレー
ションを簡単なものとすることができる集積回路のシミ
ュレーション方法を提供することである。
に、第1の発明である機能ブロックの特徴は、所定の機
能を実現する外部機能ブロックから出力されたディジタ
ル信号が入力されるM個のブロック入力端子と、前記各
ブロック入力端子側から入力される信号を処理して所定
の機能を実現するファンクション部と、前記ファンクシ
ョン部側からの出力が供給されるN個のブロック出力端
子とを備え、且つ前記外部機能ブロックと共にASIC
内に設けられた機能ブロックにおいて、第1の入力端
子、第1の出力端子及び第1の制御用端子を有するY
(Y≦M−1)個の第1の信号保持回路から構成され、
この各信号保持回路の第1の制御用端子が共通の第1の
制御信号線に接続された第1の信号保持回路群と、第2
の入力端子、第2の出力端子及び第2の制御用端子を有
するZ(Z≦N)個の第2の信号保持回路から構成さ
れ、この各信号保持回路の第2の制御用端子が共通の第
2の制御信号線に接続された第2の信号保持回路群とを
設け、前記ブロック入力端子の内のY個を前記第1の信
号保持回路群の各第1の入力端子にそれぞれ直接接続
し、該Y個のブロック入力端子から該第1の信号保持回
路群へ入力された信号を、前記第1の制御信号線に供給
される第1の制御信号により同期をとった後に前記第1
の出力端子から前記ファンクション部の入力側へ入力す
ると共に、前記ブロック出力端子の内のZ個を前記第2
の信号保持回路群の各第2の出力端子にそれぞれ接続
し、前記ファンクション部の出力側から出力された信号
を該第2の信号保持回路群の前記第2の入力端子に入力
して、前記第2の制御信号線に供給される第2の制御信
号により同期をとった後に前記第2の出力端子から出力
し、前記第1及び第2の制御信号の内の少なくとも1つ
を前記ファンクション部へ入力する構成にし、前記第1
の信号保持回路は、前記第1の入力端子及び前記第1の
出力端子とは別に第3の入力端子及び第3の出力端子を
有し、前記第1の信号保持回路群は、隣接する前記各第
1の信号保持回路の前記第3の入力端子と前記第3の出
力端子とを順次接続して構成し、前記第2の信号保持回
路は、前記第2の入力端子及び前記第2の出力端子とは
別に第4の入力端子及び第4の出力端子を有し、前記第
2の信号保持回路群は、隣接する前記各第2の信号保持
回路の前記第4の入力端子と前記 第4の出力端子とを順
次接続して構成したことを特徴とする。
いて全ブロック入力端子への入力信号を一旦第1の信号
保持回路群で受け、ファンクション部と共通な第1の制
御信号で同期をとった後にファンクション部の入力側へ
入力し、その出力側に関しては、一旦第2の信号保持回
路群に入力し、第2の制御信号で同期をとった後に出力
する。これによって、この機能ブロックの入出力間遅延
を、第1及び第2の制御信号の周期を単位として簡単に
定義することができるようになる。
上記第1の発明において、前記第1と第2の制御信号は
同一信号であり、この信号を前記ファンクション部に入
力する構成にしたことにある。
入出力が完全同期の形で構成され、機能ブロックの入出
力間遅延を、より簡単に定義することができるようにな
る。
徴は、上記第1あるいは第2の発明の機能ブロックをA
SIC内に複数個備え、同一のシステムクロックにより
各機能ブロックの入出力間を完全同期に構成したことに
ある。
は第2の発明と同様の作用を呈するほか、機能ブロック
の出力は、システムクロックによって同期のとれた形で
出力できるようになるため、この出力が入力される機能
ブロック側でも、タイミングの設定がしやすくなる。
基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係
るAISC内機能ブロックの構成を示す概要図である。
機能ブロックとして構成され、図4に示したものと同様
に複数のロジック部から成るファンクション部11と、
ブロック入力端子21−0,21−1,21−2,…,
21−m及びブロック出力端子31−0,31−1,3
1−2,…,31−nとを備えている。さらに、入力側
には、システムクロックCLK入力用の入力端子22
と、システムリセットRST入力用の入力端子23が設
けられ、出力側には、システムクロックCLK出力用の
入力端子32が設けられている。
プフロップ群50と出力部フリップフロップ群60が、
それぞれファンクション部11とブロック入力端子21
−0〜21−m間、及びファンクション部11とブロッ
ク出力端子31−0〜31−n間にそれぞれ接続されて
いる。ここで、入力部フリップフロップ群50は、入力
端子D、出力端子Q及びシステムクロック用端子をそれ
ぞれ1個備えたフリップフロップ51−0,51−1,
51−2,…,51−mが前記ブロック入力端子21−
0〜21−mにそれぞれ対応して設けられている。この
ブロック入力端子21−0〜21−mは、入力部フリッ
プフロップ群50の各入力端子Dに直接接続され、該入
力部フリップフロップ群50の各出力端子Qからは、フ
ァンクション部11の入力信号IN0’〜INm’とな
る信号が出力されるようになっている。
力部フリップフロップ群50と同一構成のフリップフロ
ップ61−1〜61−nと、その出力端子に接続された
出力バッファ62−1〜62−nとで構成されている。
なお、フリップフロップ61−1〜61−nは、ファン
クション部11の出力信号OUT0’〜OUTn’にそ
れぞれ対応して設けられている。
クロックCLK及びシステムリセットRSRがそれぞれ
入力され、これらの信号は、ファンクション部11に与
えられると同時に、バッファ41,42を介して入力部
フリップフロップ群50及び出力部フリップフロップ群
60の各フリップフロップ51−0〜51−m,61−
0〜61−mにそれぞれ供給されるようになっている。
なお、システムクロック信号CLKは、バッファ63を
介して出力端子32から外部へ出力される。
ブロック10では、ファンクション部11への入力の
内、システムクロックCLK及びシステムリセットRS
Tを除く全入力端子21−0〜21−mへの入力信号I
N0〜INmを一旦フリップフロップ51−0〜51−
mで受け、ファンクション部11と共通なCLK信号で
同期をとった後にファンクション部11へ入力する。
クアウト用(CLK OUT)など一部の出力信号を除
いて、ファンクション部11からの出力信号OUT0’
〜OUTn’を一旦フリップフロップ61−1〜61−
nに入力し、CLK信号で同期をとった後に出力バッフ
ァ62−1〜62−nを介して外部へ出力する。
構成要素の入力端子と出力端子に、フリップフロップ回
路を接続し、機能ブロックに入力される信号をこのフリ
ップフロップで同期をとった後に入力し、出力側は、フ
リップフロップで同期をとった後に出力することによ
り、機能ブロックの入出力間遅延をクロックCLKの周
期を単位として簡単に定義することができるようにな
る。すなわち、入力信号の状態依存性及び経路依存性に
よる遅延時間の変動を機能ブロックの外部から見えなく
することができるので、シミュレーション時のこれら機
能ブロックをモデル化するのが容易になる。
が1つのシステムクロックで同期動作をすることを示し
ている。回路機能の持つ必要性から2系統或いはそれ以
上の系統のシステムクロックで動作するものであって
も、入力側のフリップフロップ群、出力側のフリップフ
ロップ群がそれぞれ同一の系統で同期をとっているもの
であれば、これは本発明の趣旨に沿うものである。
フロップ群、出力側のフリップフロップ群、及びファン
クション部が同一のクロック配線に接続されているが、
これらに駆動力調整用のバッファが挿入されていても、
同一の信号であることには変わりはない。さらには、入
力側のフリップフロップ群及び出力側のフリップフロッ
プ群を構成する各フリップフロップが入力端子と出力端
子を2個ずつ有するもので、そのうちの一方の端子が隣
接するフリップフロップに接続されて、個々のフリップ
フロップが直列接続しているような場合であっても、上
述の利点を享受することができる。
体集積回路装置の要部構成を示す概要図であり、上記図
1に示すような入出力完全同期型の機能ブロック同士を
接続した場合を表わしている。図中の70,80は機能
ブロック、71,81はファンクション部、72は入力
フリップフロップ群、82は出力フリップフロップ群で
ある。また、73−1〜73−k,83−1〜83−k
はフリップフロップ、S1〜Skは配線である。
いない従来型の機能ブロック同士を接続した場合につい
て、前述した図5に示す例を用いて説明する。
00側の出力側が同期設計ではなく、機能ブロック40
0側の入力に同期設計がなされている例である。CLK
信号の立ち上りでフリップフロップ312からのデータ
が機能ブロック300のロジック部310−2に入力さ
れ、ある遅延時間の後に出力端子から出力され、配線を
通って機能ブロック400側の入力フリップフロップ4
12に入力される。この時、先のCLK信号の立ち上り
の次の立ち上りの時に、このS3信号はフリップフロッ
プ412に取り込まれる。
ック400が正確に信号を伝達するためには、以下の式
が成り立たなければならない。
が変化してからそれが出力されるまでの遅延時間であ
り、Tlineは、機能ブロック300と機能ブロック
400を接続する配線によって生じる遅延である。ま
た、機能ブロック400側の入力フリップフロップ41
2で信号が確実に同期できるためには、システムクロッ
クCLKの立ち上りより所定時間だけ早く入力信号が確
定していなければならない。Tsetupは、この場合
の前記所定時間である。
ogic,Tline)とフリップフロップ412の持
つ時間的制約(Tsetup)の総和が、システムクロ
ックCLKの1周期よりも短い場合は、機能ブロック3
00と400間で信号が正確に伝達できることになる。
性のため、前記Tlogicが一定にならない。高速動
作を要求される集積回路では、わずかの遅延時間の変動
によって、この条件式を満たさなくなることが起こり得
る。集積回路の使用されている環境(外周温度、駆動電
圧の変化)による遅延時間の変化、また集積回路の動作
時に生じる遅延の状態依存や経路依存により、ある状況
では動作していた機能ブロックが、別の状況では動作を
しなくなることが起こり得る。これ以外の経路について
も、状況によって変化の起こり得る遅延を含むことが明
白であり、ここでは説明を省略する。
が完全同期な形で構成された機能ブロック70,80同
士を接続する本実施形態の場合では、上記(1)式で表
される各項の内、Tlogicを除去、或いは非常に小
さく変動の少ないものとして考えることができる。これ
は、ファンクション部71の出力信号を保持する出力部
フリップフロップ群72の各フリップフロップ73−1
〜73−kの出力が駆動力調整のための出力バッファ7
4−1〜74−kを介してのみ機能ブロック70の出力
となるので、前述した遅延時間の変化をもたらす要因の
一つの経路依存性を除去できるためである。さらに、フ
リップフロップ73−1〜73−kからの出力は一律に
定義ができるので、機能ブロック70,80間の接続で
信号の正確な伝達ができるかの確認は、機能ブロック7
0,80間の配線によって生じる遅延だけに注目すれば
よいことになる。なお、この点は、前記出力バッファ7
4−1〜74−kを設けないで、各フリップフロップ7
3−1〜73−kの出力が直接、機能ブロック70の出
力となる場合も、同様であることは述べるまでもない。
システムクロックCLKによって同期のとれた形で出力
できるようになるため、この出力が入力される機能ブロ
ック側でもタイミングの設定がしやすくなる。これによ
って、機能ブロックを複数個使用する集積回路の動作シ
ミュレーションを簡単化でき、確実に動作する集積回路
を簡単に構成できる。また、図5に示したタイミング調
整回路510,511のような回路を省略することもで
きる。
したASICの概観図である。
20,130と、ランダム回路140とで構成されてい
る。各機能ブロック110,120,130は、上記第
1実施形態に示すような入力フリップフロップ群11
1,121,131及び出力フリップフロップ群11
2,122,132をそれぞれ備えている。
能ブロック110,120の各入力フリップフロップ群
111,121とがデータバス/アドレスバス151で
接続され、ランダム回路140の入力側と機能ブロック
110,130の各出力フリップフロップ群112,1
32とがデータバス/アドレスバス152で接続されて
いる。さらに、機能ブロック120の出力フリップフロ
ップ群122と機能ブロック130の入力フリップフロ
ップ群131とがランダム回路140に接続されたデー
タバス153を介して接続されている。
入力フリップフロップ群111〜131及び出力フリッ
プフロップ群112〜132には、同一のシステムクロ
ックが供給され、完全同期の形で構成されている。
同期の形で構成するのは、各機能ブロックでの信号の遅
延を簡単なモデルで表現できるため、個々の機能ブロッ
クの動作を確実にすることのみならず、複数の機能ブロ
ックを1つのチップ上にまとめて大規模な集積回路を構
成する本例のような場合でも、その動作シミュレーショ
ンを簡単に行うことができる。これにより、確実に動作
する半導体集積回路装置を簡単に構成することが可能に
なる。
である機能ブロックによれば、機能ブロックの入出力間
遅延を簡単に見積もることが可能になる。
上記第1の発明において、第1と第2の制御信号は同一
信号であり、この信号を前記ファンクション部に入力す
る構成にしたので、機能ブロックの入出力間遅延を、よ
り簡単に見積もることが可能になる。
れば、上記第1あるいは第2の発明の機能ブロックをA
SIC内に複数個備え、同一のシステムクロックにより
各機能ブロックの入出力間を完全同期に構成したので、
上記第1乃至第3の発明と同様の効果を奏し、機能ブロ
ックを複数組み合わせて動作を行わせる場合において、
その動作シミュレーションを簡単に行うことができる。
これにより、確実に動作する半導体集積回路装置を簡単
に構成することが可能になる。
ロックの構成を示す概要図である。
置の要部構成を示す概要図である。
の概観図である。
る。
要図である。
83−k フリップフロップ 60,72 出力部フリップフロップ群 RST システムリセット CLK システムクロック
Claims (3)
- 【請求項1】 所定の機能を実現する外部の機能ブロッ
クから出力されたディジタル信号が入力されるM個のブ
ロック入力端子と、前記各ブロック入力端子側から入力
される信号を処理して所定の機能を実現するファンクシ
ョン部と、前記ファンクション部側からの出力が供給さ
れるN個のブロック出力端子とを備え、且つ前記外部の
機能ブロックと共にASIC内に設けられた機能ブロッ
クにおいて、 第1の入力端子、第1の出力端子及び第1の制御用端子
を有するY(Y≦M−1)個の第1の信号保持回路から
構成され、この各信号保持回路の第1の制御用端子が共
通の第1の制御信号線に接続された第1の信号保持回路
群と、 第2の入力端子、第2の出力端子及び第2の制御用端子
を有するZ(Z≦N)個の第2の信号保持回路から構成
され、この各信号保持回路の第2の制御用端子が共通の
第2の制御信号線に接続された第2の信号保持回路群と
を設け、 前記ブロック入力端子の内のY個を前記第1の信号保持
回路群の各第1の入力端子にそれぞれ直接接続し、該Y
個のブロック入力端子から該第1の信号保持回路群へ入
力された信号を、前記第1の制御信号線に供給される第
1の制御信号により同期をとった後に前記第1の出力端
子から前記ファンクション部の入力側へ入力すると共
に、 前記ブロック出力端子の内のZ個を前記第2の信号保持
回路群の各第2の出力端子にそれぞれ接続し、前記ファ
ンクション部の出力側から出力された信号を該第2の信
号保持回路群の前記第2の入力端子に入力して、前記第
2の制御信号線に供給される第2の制御信号により同期
をとった後に前記第2の出力端子から出力し、 前記第1及び第2の制御信号の内の少なくとも1つを前
記ファンクション部へ入力する構成にし、 前記第1の信号保持回路は、前記第1の入力端子及び前
記第1の出力端子とは別に第3の入力端子及び第3の出
力端子を有し、前記第1の信号保持回路群は、隣接する
前記各第1の信号保持回路の前記第3の入力端子と前記
第3の出力端子とを順次接続して構成し、 前記第2の信号保持回路は、前記第2の入力端子及び前
記第2の出力端子とは別に第4の入力端子及び第4の出
力端子を有し、前記第2の信号保持回路群は、隣接する
前記各第2の信号保持回路の前記第4の入力端子と前記
第4の出力端子とを順次接続して構成し たことを特徴と
する機能ブロック。 - 【請求項2】 前記第1と第2の制御信号は同一信号で
あり、この信号を前記ファンクション部に入力する構成
にしたことを特徴とする請求項1記載の機能ブロック。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の機能ブロ
ックをASIC内に複数個備え、同一のシステムクロッ
クにより各機能ブロックの入出力間を完全同期に構成し
たことを特徴とする半導体集積回路装置。
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JP18270597A JP3469046B2 (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | 機能ブロック、および半導体集積回路装置 |
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