一種基于SiP接口仿真模型審查工具的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

丁濤杰 鄭利華 李鑫鵬 王進(jìn)祥 姚金藝

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)第五十八研究所 江蘇省無(wú)錫市 214072 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 黑龍江省哈爾濱市 150001）

1 引言

SiP（System in Package）是一種系統(tǒng)集成方式，通過(guò)封裝技術(shù)將多個(gè)具有不同功能的芯片及有電子器件互聯(lián)構(gòu)成一個(gè)實(shí)現(xiàn)某種功能的系統(tǒng)或子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)包含多種具備不同功能器件的組合體[1]。SiP 技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)高集成微系統(tǒng)的主要技術(shù)手段之一，具有良好發(fā)展前景，是提高電子系統(tǒng)集成化、小型化的關(guān)鍵技術(shù)和有效手段[2]，相較于SoC（System on Chip）等其他電路集成方式，SiP技術(shù)具有輕、薄、小的特點(diǎn)，芯片間連線更短，具有更低的功耗和更小的連線延遲[3]，芯片組裝系統(tǒng)方式更靈活。SiP 還可以與引線鍵合技術(shù)、倒裝焊技術(shù)和其他技術(shù)[4]同時(shí)使用，并使用三維堆疊封裝，大大縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的周期，也滿足現(xiàn)代電子系統(tǒng)對(duì)小型化、高可靠性和低成本的需求[5]。SiP 得到了廣泛的應(yīng)用，在常見(jiàn)的迷你移動(dòng)存儲(chǔ)卡、各種智能卡和手機(jī)芯片[6]的核心電路中，都可以看到系統(tǒng)級(jí)封裝器件的應(yīng)用[7]，由于SiP 能滿足航天電子產(chǎn)品低功耗、小型化的突出特點(diǎn)，在航天領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用[8]。

SiP 將多個(gè)芯片通過(guò)封裝技術(shù)連接成一個(gè)系統(tǒng)，首先需要確保芯片連接關(guān)系的正確性，審查工具可以對(duì)各芯片連接關(guān)系進(jìn)行檢查，因此設(shè)計(jì)一種可靠的芯片接口仿真模型審查工具對(duì)完善SiP 開(kāi)發(fā)流程，具有重要意義。

2003年，西安電子科技大學(xué)和華為合作開(kāi)發(fā)原理圖自動(dòng)審查平臺(tái)，使用工具命令語(yǔ)言（Tool Command Language,TCL）實(shí)現(xiàn)，可以編寫規(guī)則腳本實(shí)現(xiàn)原理圖檢視，缺點(diǎn)是使用DxDesigner 的私有形式，通用性不強(qiáng)[9]。

本文提出了一種基于SiP 的接口仿真模型審查工具，使用高級(jí)語(yǔ)言Python 實(shí)現(xiàn)，把ISCF（Intel Schematic Checking Format）格式作為芯片連接信息輸入，可以對(duì)建模庫(kù)中的芯片進(jìn)行連接性規(guī)則檢查。支持?jǐn)U展規(guī)則，將芯片專家的經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)高速檢查相結(jié)合，避免芯片連接錯(cuò)誤。

2 接口仿真模型審查工具的設(shè)計(jì)

本文采用Python 作為審查工具實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言。Python 具有豐富的庫(kù)支持，其中正則表達(dá)式支持re模塊在連接規(guī)則檢查中有重要作用；Python 可進(jìn)行面向?qū)ο缶幊?，并兼容多平臺(tái)，具有較好的可讀性和可擴(kuò)展性。

圖1：系統(tǒng)整體框圖

審查工具執(zhí)行流程如圖 2所示，首先對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行檢查，并根據(jù)當(dāng)前操作模式配置報(bào)告輸出形式、級(jí)別，調(diào)用輸入分析文件分析ISCF 文件將連接關(guān)系存入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模塊中的芯片連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，由用戶配置檢查芯片種類、芯片電壓輸入?yún)?shù)等信息，最后執(zhí)行規(guī)則檢查并生成報(bào)告。

圖2：系統(tǒng)執(zhí)行流程圖

2.1 輸入分析模塊

輸入分析模塊可分析ISCF 文件和擴(kuò)展規(guī)則文件。

本文采用ISCF 格式作為審查工具輸入文件，ISCF 格式通過(guò)元件、管腳、總線、網(wǎng)絡(luò)、電源等幾個(gè)部分來(lái)描述芯片及元件的連接關(guān)系。本文設(shè)計(jì)的審查工具目的是進(jìn)行芯片和元件間連接關(guān)系正確性檢查，ISCF 文件對(duì)連接關(guān)系的描述簡(jiǎn)約且足夠進(jìn)行規(guī)則檢查，因此使用ISCF 文件作為審查工具輸入文件。

擴(kuò)展規(guī)則文件支持用戶對(duì)現(xiàn)有規(guī)則進(jìn)行擴(kuò)展，用戶可按照規(guī)定的文本格式編寫擴(kuò)展規(guī)則，編寫規(guī)則需要包含規(guī)則編號(hào)、規(guī)則警告級(jí)別、規(guī)則檢查代碼、報(bào)錯(cuò)信息等，支持遞歸包含其他規(guī)則接口，實(shí)現(xiàn)層級(jí)調(diào)用。

輸入分析模塊基于Lark 實(shí)現(xiàn)，使用Lark 分析ISCF 文件和擴(kuò)展規(guī)則文件。Lark 是一個(gè)文本解析器，能分析文本并生成存有文本信息的數(shù)據(jù)樹，Lark 具有Python 實(shí)現(xiàn)、能根據(jù)語(yǔ)法輸入自動(dòng)構(gòu)建數(shù)據(jù)樹等特點(diǎn)。使用Lark 分析規(guī)則/ISCF 文件，需要首先編寫規(guī)則/ISCF 語(yǔ)法文本，Lark 能根據(jù)規(guī)則/ISCF 語(yǔ)法文本讀取規(guī)則文件，并為規(guī)則/ISCF 文件中提取的數(shù)據(jù)元素創(chuàng)建樹結(jié)構(gòu)，過(guò)程如圖 3所示。jinja2 是基于Python 的模板引擎，將規(guī)則信息和ISCF 文件獲取到的連接信息嵌入jinja2 提前定義好的模板，直接生成規(guī)則執(zhí)行代碼和連接關(guān)系存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。再將規(guī)則執(zhí)行代碼放入規(guī)則執(zhí)行列表，提取出的ISCF 文件的連接關(guān)系存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)放入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模塊。

2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模塊

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模塊包括兩部分，存儲(chǔ)芯片接口信息的芯片接口建模庫(kù)和存儲(chǔ)連接關(guān)系的連接數(shù)據(jù)庫(kù)。

芯片接口建模庫(kù)采用Python 二級(jí)字典實(shí)現(xiàn)，查找關(guān)系如圖 4所示，相較于列表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，鍵查詢速度很快，適用于在幾千個(gè)管腳中查找所需管腳信息。

劃痕實(shí)驗(yàn)及Transwell小室法結(jié)果顯示，與對(duì)照組比較，SCC-15細(xì)胞中過(guò)表達(dá)miR-219能降低SCC-15細(xì)胞的遷移及侵襲能力。然而，當(dāng)共轉(zhuǎn)染miR-219和PRKCI后，SCC-15細(xì)胞的遷移能力比單獨(dú)轉(zhuǎn)染miR-219的SCC-15細(xì)胞降低了50%以上(P<0.01)，SCC-15細(xì)胞的侵襲能力比單獨(dú)轉(zhuǎn)染miR-219的SCC-15細(xì)胞降低了50%以上(P<0.05)。說(shuō)明由于PRKCI的過(guò)表達(dá)，逆轉(zhuǎn)了miR-219抑制腫瘤遷移及侵襲能力的作用(圖2E，圖2F)。

圖4：芯片接口信息庫(kù)查詢方式圖

芯片管腳信息主要包括管腳的名稱、號(hào)碼、類型、極性、功能、電平等信息，以管腳名和管腳號(hào)作為輸入?yún)?shù)編寫管腳獲取信息功能函數(shù)以支持管腳信息獲取。

連接數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)ISCF 文件獲取到的連接信息，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖5所示，包含如下幾個(gè)部分。

圖5：ISCF 連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)信息圖

ISCF 連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)提供了如下接口以方便規(guī)則檢查：

（1）連接關(guān)系獲取接口：可根據(jù)輸入的芯片名、例化名、管腳名信息在連線網(wǎng)絡(luò)信息中找到與其相連的引腳。

（2）芯片管腳獲取接口：可根據(jù)輸入的芯片名、例化名、管腳名信息輸入相應(yīng)管腳。管腳名支持通配符和正則表達(dá)式匹配方式。

（3）芯片搜索接口：可返回輸入的原理圖文件中包含的芯片與芯片建模庫(kù)的交集，即可檢查的芯片信息列表。

（4）獲取連線網(wǎng)絡(luò)信息：可根據(jù)輸入的芯片名、例化名、管腳名信息，返回管腳相連的網(wǎng)絡(luò)名稱。

2.3 規(guī)則執(zhí)行模塊

規(guī)則執(zhí)行模塊運(yùn)行用戶實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展規(guī)則和芯片規(guī)則，從連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)查詢接口獲取連接關(guān)系，從芯片建模數(shù)據(jù)庫(kù)查詢接口獲取管腳信息，應(yīng)用管腳信息對(duì)連接關(guān)系進(jìn)行檢查。芯片規(guī)則比較典型的有平標(biāo)準(zhǔn)檢查和電平匹配檢查。

電平標(biāo)準(zhǔn)檢查對(duì)芯片電源管腳輸入電壓進(jìn)行檢查，當(dāng)電壓輸入值與管腳電壓輸入范圍不一致時(shí)在報(bào)告中報(bào)錯(cuò)，執(zhí)行流程如圖 6所示。

圖6：電平標(biāo)準(zhǔn)檢查流程圖

電平匹配檢查對(duì)相連管腳的電平標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)不一致時(shí)在報(bào)告中報(bào)錯(cuò)，執(zhí)行流程如圖7所示。

圖7：電平匹配執(zhí)行流程圖

擴(kuò)展規(guī)則也放入規(guī)則執(zhí)行列表，由規(guī)則執(zhí)行模塊調(diào)度執(zhí)行。

3 分析與討論

本文實(shí)現(xiàn)的接口仿真模型審查工具，可進(jìn)行的規(guī)則檢查類型如表 1所示。同時(shí)支持用戶擴(kuò)展規(guī)則，可以對(duì)SiP 設(shè)計(jì)中芯片和元件的連接正確性進(jìn)行檢查。

表1：規(guī)則檢查表

使用Python pytest 測(cè)試框架對(duì)實(shí)現(xiàn)的規(guī)則檢查進(jìn)行測(cè)試，使用orCAD 軟件繪制原理圖，注入表 1 中各類型連接錯(cuò)誤，編寫測(cè)試用例對(duì)表 1 中實(shí)現(xiàn)的規(guī)則檢查進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖 8所示，所有測(cè)試用例均通過(guò)，證明該工具可以對(duì)注入的芯片連接錯(cuò)誤進(jìn)行正確響應(yīng)。

圖8：測(cè)試用例執(zhí)行結(jié)果展示

4 結(jié)論

本文對(duì)一種接口仿真模型審查工具進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)芯片進(jìn)行連接正確性檢查，能夠正確報(bào)告出模型中的錯(cuò)誤連接。在SiP 開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以使用本工具對(duì)芯片連接關(guān)系進(jìn)行檢查，避免芯片連接失誤造成的損失?？捎帽竟ぞ叩挠脩魯U(kuò)展規(guī)則方式將芯片專家的經(jīng)驗(yàn)以代碼方式固化，完善SiP 開(kāi)發(fā)流程。