一种基于SiP接口仿真模型审查工具的设计实现

丁涛杰 郑利华 李鑫鹏 王进祥 姚金艺

（1.中国电子科技集团第五十八研究所 江苏省无锡市 214072 2.哈尔滨工业大学 黑龙江省哈尔滨市 150001）

1 引言

SiP（System in Package）是一种系统集成方式，通过封装技术将多个具有不同功能的芯片及有电子器件互联构成一个实现某种功能的系统或子系统，实现一个包含多种具备不同功能器件的组合体[1]。SiP 技术是目前实现高集成微系统的主要技术手段之一，具有良好发展前景，是提高电子系统集成化、小型化的关键技术和有效手段[2]，相较于SoC（System on Chip）等其他电路集成方式，SiP技术具有轻、薄、小的特点，芯片间连线更短，具有更低的功耗和更小的连线延迟[3]，芯片组装系统方式更灵活。SiP 还可以与引线键合技术、倒装焊技术和其他技术[4]同时使用，并使用三维堆叠封装，大大缩短产品投放市场的周期，也满足现代电子系统对小型化、高可靠性和低成本的需求[5]。SiP 得到了广泛的应用，在常见的迷你移动存储卡、各种智能卡和手机芯片[6]的核心电路中，都可以看到系统级封装器件的应用[7]，由于SiP 能满足航天电子产品低功耗、小型化的突出特点，在航天领域也得到了广泛应用[8]。

SiP 将多个芯片通过封装技术连接成一个系统，首先需要确保芯片连接关系的正确性，审查工具可以对各芯片连接关系进行检查，因此设计一种可靠的芯片接口仿真模型审查工具对完善SiP 开发流程，具有重要意义。

2003年，西安电子科技大学和华为合作开发原理图自动审查平台，使用工具命令语言（Tool Command Language,TCL）实现，可以编写规则脚本实现原理图检视，缺点是使用DxDesigner 的私有形式，通用性不强[9]。

本文提出了一种基于SiP 的接口仿真模型审查工具，使用高级语言Python 实现，把ISCF（Intel Schematic Checking Format）格式作为芯片连接信息输入，可以对建模库中的芯片进行连接性规则检查。支持扩展规则，将芯片专家的经验和计算机高速检查相结合，避免芯片连接错误。

2 接口仿真模型审查工具的设计

本文采用Python 作为审查工具实现语言。Python 具有丰富的库支持，其中正则表达式支持re模块在连接规则检查中有重要作用；Python 可进行面向对象编程，并兼容多平台，具有较好的可读性和可扩展性。

图1：系统整体框图

审查工具执行流程如图 2所示，首先对输入参数进行检查，并根据当前操作模式配置报告输出形式、级别，调用输入分析文件分析ISCF 文件将连接关系存入设计数据模块中的芯片连接关系数据库，由用户配置检查芯片种类、芯片电压输入参数等信息，最后执行规则检查并生成报告。

图2：系统执行流程图

2.1 输入分析模块

输入分析模块可分析ISCF 文件和扩展规则文件。

本文采用ISCF 格式作为审查工具输入文件，ISCF 格式通过元件、管脚、总线、网络、电源等几个部分来描述芯片及元件的连接关系。本文设计的审查工具目的是进行芯片和元件间连接关系正确性检查，ISCF 文件对连接关系的描述简约且足够进行规则检查，因此使用ISCF 文件作为审查工具输入文件。

扩展规则文件支持用户对现有规则进行扩展，用户可按照规定的文本格式编写扩展规则，编写规则需要包含规则编号、规则警告级别、规则检查代码、报错信息等，支持递归包含其他规则接口，实现层级调用。

输入分析模块基于Lark 实现，使用Lark 分析ISCF 文件和扩展规则文件。Lark 是一个文本解析器，能分析文本并生成存有文本信息的数据树，Lark 具有Python 实现、能根据语法输入自动构建数据树等特点。使用Lark 分析规则/ISCF 文件，需要首先编写规则/ISCF 语法文本，Lark 能根据规则/ISCF 语法文本读取规则文件，并为规则/ISCF 文件中提取的数据元素创建树结构，过程如图 3所示。jinja2 是基于Python 的模板引擎，将规则信息和ISCF 文件获取到的连接信息嵌入jinja2 提前定义好的模板，直接生成规则执行代码和连接关系存储数据库。再将规则执行代码放入规则执行列表，提取出的ISCF 文件的连接关系存储数据库放入设计数据模块。

2.2 设计数据模块

设计数据模块包括两部分，存储芯片接口信息的芯片接口建模库和存储连接关系的连接数据库。

芯片接口建模库采用Python 二级字典实现，查找关系如图 4所示，相较于列表等数据结构，键查询速度很快，适用于在几千个管脚中查找所需管脚信息。

划痕实验及Transwell小室法结果显示，与对照组比较，SCC-15细胞中过表达miR-219能降低SCC-15细胞的迁移及侵袭能力。然而，当共转染miR-219和PRKCI后，SCC-15细胞的迁移能力比单独转染miR-219的SCC-15细胞降低了50%以上(P<0.01)，SCC-15细胞的侵袭能力比单独转染miR-219的SCC-15细胞降低了50%以上(P<0.05)。说明由于PRKCI的过表达，逆转了miR-219抑制肿瘤迁移及侵袭能力的作用(图2E，图2F)。

图4：芯片接口信息库查询方式图

芯片管脚信息主要包括管脚的名称、号码、类型、极性、功能、电平等信息，以管脚名和管脚号作为输入参数编写管脚获取信息功能函数以支持管脚信息获取。

连接数据库用于存储ISCF 文件获取到的连接信息，存储结构如图5所示，包含如下几个部分。

图5：ISCF 连接关系数据库信息图

ISCF 连接关系数据库提供了如下接口以方便规则检查：

（1）连接关系获取接口：可根据输入的芯片名、例化名、管脚名信息在连线网络信息中找到与其相连的引脚。

（2）芯片管脚获取接口：可根据输入的芯片名、例化名、管脚名信息输入相应管脚。管脚名支持通配符和正则表达式匹配方式。

（3）芯片搜索接口：可返回输入的原理图文件中包含的芯片与芯片建模库的交集，即可检查的芯片信息列表。

（4）获取连线网络信息：可根据输入的芯片名、例化名、管脚名信息，返回管脚相连的网络名称。

2.3 规则执行模块

规则执行模块运行用户实现的扩展规则和芯片规则，从连接关系数据库查询接口获取连接关系，从芯片建模数据库查询接口获取管脚信息，应用管脚信息对连接关系进行检查。芯片规则比较典型的有平标准检查和电平匹配检查。

电平标准检查对芯片电源管脚输入电压进行检查，当电压输入值与管脚电压输入范围不一致时在报告中报错，执行流程如图 6所示。

图6：电平标准检查流程图

电平匹配检查对相连管脚的电平标准进行检查，当标准不一致时在报告中报错，执行流程如图7所示。

图7：电平匹配执行流程图

扩展规则也放入规则执行列表，由规则执行模块调度执行。

3 分析与讨论

本文实现的接口仿真模型审查工具，可进行的规则检查类型如表 1所示。同时支持用户扩展规则，可以对SiP 设计中芯片和元件的连接正确性进行检查。

表1：规则检查表

使用Python pytest 测试框架对实现的规则检查进行测试，使用orCAD 软件绘制原理图，注入表 1 中各类型连接错误，编写测试用例对表 1 中实现的规则检查进行测试，测试结果如图 8所示，所有测试用例均通过，证明该工具可以对注入的芯片连接错误进行正确响应。

图8：测试用例执行结果展示

4 结论

本文对一种接口仿真模型审查工具进行设计与实现，可以对芯片进行连接正确性检查，能够正确报告出模型中的错误连接。在SiP 开发过程中，可以使用本工具对芯片连接关系进行检查，避免芯片连接失误造成的损失。可用本工具的用户扩展规则方式将芯片专家的经验以代码方式固化，完善SiP 开发流程。