DE3711148A1 - Verfahren fuer den entwurf integrierter mikrocomputer und integrierter mikrocomputer mit modularem aufbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Entwurf inte­ grierter Mikrocomputer, sowie einen integrierten Mikro­ computer mit modularem Aufbau, der nach dem Verfahren hergestellt wird.

Mikrocomputer unterschiedlichen Typs unterscheiden sich voneinander vornehmlich durch Art und Anzahl von verfüg­ baren Funktionen. Will man bei einem bestimmten Mikro­ computer eine Funktion hinzufügen oder auf eine Funktion verzichten, so muß man nicht nur den Mikrocomputer erset­ zen, sondern ihn auch teilweise oder vollständig neu ent­ werfen. Dies bedeutet eine lange Entwicklungszeit für neue Versionen von Mikrocomputern mit der Möglichkeit der Ent­ stehung neuer Fehler bei der Neuentwicklung von Teilen, die bereits in früheren Versionen ausgetestet waren. In der Praxis werden durch dieses Vorgehen die Bauelement­ kosten erhöht, und gleichzeitig wird die Anzahl von mögli­ chen neuen Versionen beschränkt.

Neben der oben angesprochenen Möglichkeit kann man auch die größtmögliche Anzahl von Funktionen in einer einzelnen Version eines Mikrocomputers vorsehen, um dem möglichen Bedarf bei verschiedensten 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. Demnach ist diese Lösung unwirt­ schaftlich und schmälert somit die Anzahl möglicher Anwen­ dungsfälle für einen Mikrocomputer. Außerdem ist ein sol­ ches System kaum für spätere Erweiterungen geeignet, außer man nimmt die Kosten für einen teilweisen oder vollständi­ gen Neuentwurf in Kauf.

Nach einer anderen Strategie wird eine Bibliothek unabhän­ giger Moduln geschaffen, von denen jedes so aufgebaut ist, daß es den kleinstmöglichen Platz auf einem Silicium-Chip belegt. Die verschiedenen Moduln haben somit nicht auf­ einander abgestimmte Formen und Größen, und die für die Signalübertragung dienenden Anschlüsse, über die Moduln miteinander verbunden werden, befinden sich - topologisch gesehen - an vollständig verschiedenen Stellen. Dies kommt einer Vergeudung von Chip-Belegungsfläche gleich, da die Verbindungen zwischen den Moduln geschaffen werden müssen und gleichzeitig eine regelmäßige Rechteckform des Chips angestrebt wird, die sämtliche erforderlichen Moduln ent­ hält. Im allgemeinen ist die benötigte Gesamtfläche mehr als doppelt so groß wie der von den Ausgangs-Moduln tat­ sächlich belegte, aktive Flächenbereich. Dies erhöht die Herstellungskosten des Mikrocomputers beträchtlich und beschränkt die maximale Anzahl von Funktionen, die sich in einem einzelnen Bauelement technisch vernünftig unterbrin­ gen lassen.

Im Hinblick auf den oben geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Entwurf integrierter Mikrocomputer anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet oder doch zumin­ dest mildert und demgemäß ohne großen Aufwand eine Er­ höhung oder Verringerung der möglichen Funktionen zuläßt. Außerdem soll durch die Erfindung ein insbesondere nach diesem Verfahren hergestellter integrierter Mikrocomputer geschaffen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Mikrocomputer zusammengesetzt wird in Form einer veränder­ lichen Mehrzahl von rechtwinkligen, funktionellen Moduln, die jeweils eine feste erste Abmessung (in einer ersten Richtung) und eine veränderliche zweite Abmessung (in eine zweite, zu der ersten senkrechten Richtung) aufweisen, und von denen jedes oder fast jedes eine andere Funktion besitzt, die mit der Funktion der anderen Moduln kombi­ nierbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Nach einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung können die verschiedenen Moduln auf austauschbaren, unabhängigen Unterlagen oder aber auf einer gemeinsamen Unterlage ausgebildet sein, ohne daß zusätzlicher Platzbedarf auf der Chip-Oberfläche für die Modul-Verbindungen erforderlich ist. Ohne den Aufwand zusätzlicher Entwurfszeit kann man eine veränderliche Anzahl von bereits vorab entworfenen Moduln zu einem Mikrocomputer vereinigen.

Durch die Erfindung wird ein integrierter Mikrocomputer mit modularem Aufbau geschaffen, der aus einer veränder­ lichen Mehrzahl rechtwinkliger Moduln mit einer festen ersten Abmessung und einer veränderlichen zweiten Abmes­ sung besteht, wobei die Moduln durch Busse miteinander verbunden sind und strukturell mit der Innenseite eines rechtwinkligen Umfangsrahmens verbunden sind, dessen erste Abmessung der ersten Abmessung der Moduln im wesentlichen entspricht, und dessen zweite Abmessung im wesentlichen der Summe der zweiten Abmessungen der in dem Umfangsrahmen enthaltenen Moduln entspricht. Der Umfangsrahmen enthält Anschlüsse für die Verbindung mit externen Schaltungsein­ richtungen des Mikrocomputers sowie der zugehörigen Schnittstelle.

Die verschiedenen Moduln können auch eine einzelne, ge­ schlossene Gesamtheit bilden oder können physikalisch getrennt, voneinander unabhängig und austauschbar sein. Im letztgenannten Fall gestattet die Struktur der Moduln, daß man die Moduln topologisch einfach zusammenfügt, so daß sämtliche elektrischen Verbindungen, die für den Gesamt­ betrieb der verschiedenen Moduln notwendig sind, auto­ matisch erreicht werden.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine große Anzahl integrierter Mikrocomputer-Typen geschaffen werden kann, von denen jeder Mikrocomputer-Typ den Bedürfnissen spe­ zieller 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-Bele­ gungsfläche für die Modul-Verbindungen vergeudet, so daß die Produktionskosten gesenkt werden; (b) es entstehen keine Entwurfskosten für die verschiedenen Modul-Konfi­ gurationen, die lediglich einmal entworfen werden und dann - ohne Änderungen - verwendet werden können, da sie be­ reits 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 die­ jenigen 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 Entwurfs­ fehlern 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 Mikro­ computers mit den gleichen funktio­ nellen 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 han­ delt 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 man mehrere Tausend signifikant unterschiedlicher Mikrocomputer-Konfi­ gurationen schaffen, aus denen man die am meisten geeigne­ ten 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 Schal­ tungen der einzelnen Moduln veränderlich ist. Im darge­ stellten Beispiel sind die Moduln auf getrennten unab­ hängigen Unterlagen ausgebildet. Alternativ dazu können die Moduln nach dem Entwurf auf einer gemeinsamen Unter­ lage ausgebildet werden.

Die funktionellen Verbindungen zwischen den verschiedenen Moduln haben die Form von Bussen 10 und 11 (Fig. 1), die - topologisch gesehen - an vorbestimmten Stellen angeord­ net sind, 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 Mikrocompu­ ter-Chip bildenden Moduln 1-9 in einem rechtwinkligen Rahmen 12 eingeschlossen, der eine feste erste Abmessung H′ aufweist, die der festen Abmessung H der verschiedenen Moduln entspricht, und der eine veränderliche zweite Ab­ messung L′ aufweist, welche der Summe der veränderlichen Abmessungen L der Moduln entspricht. Innerhalb des Rahmens 12 ist die Schnittstellenschaltung ausgebildet, und auf dem Rahmen sind verschiedene Anschlüsse 13 gebildet, die zur Verbindung des Chips mit externen Schaltungseinrich­ tungen 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 (10)

1. Verfahren für den Entwurf integrierter Mikrocomputer, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer zusammengesetzt wird in Form einer veränderlichen Mehrzahl von rechtwinkligen, funktionellen Moduln (1-9), die jeweils eine feste erste Abmessung (H) und eine veränderliche zweite Abmessung (L) aufweisen, und von denen jedes oder fast jedes eine andere Funktion besitzt, die mit der Funktion der anderen Moduln kombi­ nierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung der verschiedenen Moduln (1-9) mit Hilfe von Bussen (10, 11) durchgeführt wird, die eine vorbestimmte Position einnehmen, die - senkrecht zur Seite mit der festen Abmessung (H) der Moduln - für sämt­ liche Moduln die gleiche ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Moduln (1-9) auf voneinander unabhängi­ gen, austauschbaren Unterlagen ausgebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Moduln (1-9) auf einer gemeinsamen Un­ terlage ausgebildet werden.

5. Integrierter Mikrocomputer mit modularem Aufbau, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mikrocomputer zusammensetzt aus einer veränderlichen Mehrzahl rechtwink­ liger Moduln (1-9), die jeweils eine erste feste Abmessung (H) und eine veränderliche zweite Abmessung (L) besitzen.

6. Mikrocomputer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Moduln (1-9) durch Busse (10, 11) verbunden sind, die - senkrecht zu der Seite mit der festen Abmes­ sung (H) der Moduln - für sämtliche Moduln eine vorbe­ stimmte Lage einnehmen.

7. Mikrocomputer nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Moduln (1-9) in einem rechtwinkligen Umfangsrahmen (12) angeordnet sind, der eine der ersten Abmessungen (H) der Moduln (1-9) entsprechende erste Ab­ messung (H′) und eine der Summe der zweiten Abmessungen (L) der Moduln entsprechende zweite Abmessung (L′) auf­ weist, und daß der Rahmen Anschlüsse (13) für die Verbin­ dung mit außerhalb des Mikrocomputers vorgesehenen Schal­ tungselementen und der zugehörigen Schnittstellenschaltung aufweist.

8. Mikrocomputer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anschlüsse (13) rechtwinklige Form mit glei­ chen Abmessungen haben.

9. Mikrocomputer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Moduln (1-9) austausch­ bare, unabhängige Unterlagen besitzen.

10. Mikrocomputer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Moduln (1-9) auf einer gemeinsamen Unterlage ausgebildet sind.