SOC 与芯片设计方法 - Read.PDF

SOC 与芯片设计方法 The Methodology of SOC 杨刚、杨晞、汪道辉 摘 要：本文介绍了以超深亚微米技术为支撑的 SOC 的定义以及芯片设计方法，并阐述了软硬件协同设计理论、IP 核生成 及复用技术、超深亚微米IC 设计面对的难题以及SOC测试与验证技术。 关键词：SOC，芯片设计方法，IC，IP核 Abstract: This paper gives a definition to SOC which supports by ultra deep submicron technology, and introduces the methodology of SOC. at the same time, describes the software and hardware design collaboration theory 、IP core extract and reuse technology、ultra deep submicron IC design puzzle 、SOC testing verifying technology. Keywords: SOC , methodology, IC，IP core 引言: 随着信息产业的飞速发展，为了追求更高性能，更短面市时间和更低制造成本，适应科技发展和市 场竞争的需要，系统设计人员正在将完整的系统功能集成到单芯片中，从而导致集成电路 IC 技术发生了 翻天覆地的变化。以软硬件协同设计、IP （知识产权）核、超深亚微米技术为支撑的SOC （systems-on-chip ） 则是超大规模集成电路的发展趋势和主流技术。 一、SOC 的定义 SOC 有多种不同的定义，一般说来，SOC 是一种处理器基 IC ，含有一个或数个嵌入式计算引擎（微 处理器，微控制器或数字信号处理器）；采用超深亚微米工艺技术；主要采用第三方的IP 核进行设计；内 置嵌入式存储器和可编程逻辑；具备外部对芯片进行编程的功能；具有完整系统所必备的全部或大部外设。 在某些场合，它还包括模拟前端，在同一芯片上含集成模拟和数字技术，增加了系统的复杂性。 二、SOC 系统设计方法 传统设计流程可分为逻辑设计与物理实现两个相互独立阶段，包含以下几个步骤：系统规划、功能设 计、逻辑设计、电路设计、设计验证、生产制作、测试调试，芯片的设计考虑较简单。设计人员要做的只 是前端设计，如系统结构设计，进行前端模拟仿真并且向硅片供应商(SIC)提供网表。硅片供应商则负责后 端设计，包括芯片的物理设计、封装、测试和成品率管理。 然而随着系统集成度的不断提高以及终端用户需求的多样化，系统功能愈来愈复杂，如何确定系统结 构并完成软硬件的划分，传统的系统设计方法已经不能很好的满足设计的需求。为了提高芯片的设计效率， 缩短设计周期，系统设计需要新的设计理论体系和设计方法，以克服传统设计方法中前端设计和后端设计 相互分离的弊病。这一新的设计理论和设计方法是以软硬件协同设计理论、IP 核生成及复用技术和超深亚 微米技术等为支撑的。 三、软硬件协同设计理论 面向 SOC 的软硬件协同设计理论是指从给定的系统任务描述出发，通过有效分析系统任务和所需资 源，采用一系列变换方法并遵循特定准则自动生成符合系统功能要求、符合代价约束的软件和硬件架构。 这一理论体系包括系统设计描述、软硬件划分、软硬件协同设计、软硬件协同验证等内容。其中系统设计 描述语言是这一理论体系研究的核心问题之一。 一个系统设计描述语言应该能将系统设计、系统测试、系统验证所需的各种信息，如功能、硬件、软 件、延迟、代价和技术规范等，用一种语言集中、正确和完整地描述出来。 现在系统设计人员通常采用 C/C++语言或则 HDL 语言进行系统设计、测试和验证。C 语言可以较好 的平衡软件和硬件两个方面的设计需求。同时由于C/C++语言支持面向对象的设计方法，相对于传统的编 码方式，面向对象有着不可比拟的生产率方面的优势。但是，C 语言也有其弱势的地方。系统级设计需要 复用很多的组件，还要包括测试基准，由于 C 语言不是专门为硬件开发而设计的，因此一些硬件的要求还 不适合用 C 语言来表达。对于硬件设计而言,C 语言也没有能够提供一个硬件设计库。这也需要业界继续为