基于FPGA的自主可控SOC设计 课件 第1--3讲 soc 设计概论、硬件描述语言VHDL设计、加法器设计.pptx

SoC微体系结构设计

教学目标与任务培养学生理论联系实际应用的能力，了解微处理器技术发展的必威体育精装版情况。本课程主要讲述SoC系统的概念、设计方法和关键技术的实现。主要包括：VHDL硬件描述语言、系统存储接口的实现方法、系统指令集实现方法、系统设计实例及工程问题及技术发展的现状等相关内容。

课程内容安排（1）SoC设计概论（2学时）（2）FPGA结构分析（1学时）（3）VHDL硬件描述语言（12学时+4学时）（4）加法器与乘除法器设计（2学时+12学时）（5）SoC微体系结构存储器设计实现方法（4学时+4学时）（6）SoC微体系结构系统设计实例（12学时+20学时）

课程内容安排（7）SoC微体系结构验证与测试方法（1学时）（8）SoC微体系结构典型实例及技术发展（2学时）理论：36学时（线下28学时+线上8学时）实验：40学时（10次实验）考核方式：期末考试50%+实验*40%+平时*10%

课程教材张剑贤、刘锦辉、杨鹏飞编著，基于FPGA的自主可控SoC设计，西安电子科技大学出版社，2024.

第一讲SoC设计概论1.1SoC基本概念1.2SoC关键技术分析1.3SoC设计方法1.4SoC总线结构

1.1什么是SoC？片上系统（SystemonChip,SoC），是指在单一芯片上集成了数字电路、模拟电路、信号采集和转换电路、存储器、MPU、MCU、DSP、MPEG等，实现了一个系统的功能。

uPFPGAMPEGASICUSBROMRAMuPCoreSRAMROMUSBMPEGFLASHFPGAUARTA/DBlockPCBSoC

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1.1.1SoCVSPCB相对于PCB整机微型化：体积小、重量轻工作速度↑：传输路径短，寄生效应弱，芯片内部总线速度PCB板总线速度功耗↓：单个芯片功耗↑，但整个系统功耗↓，引线电容小，驱动能力要求低可靠性↑：焊点数↓，屏蔽效果好，干扰小

12SoC化实例:手机SoC化前SoC化后

优点体积小、功耗低、可靠性高、成本低以及更完善的功能和更高的性能指标。缺点复杂性上升、设计成本高、开发时间长，完全改变了先前整机系统的总体设计方案。1.1.2SoC特点

1.1.3SoC基本构成嵌入式处理器核（如MPU、MCU或DSP）存储器（如SRAM、SDRAM、FlashROM）专用功能模块（如ADC、DAC、PLL、2D/3D图形运算单元）I/O接口模块（如USB、UART、Ethernet等）等多种功能模块片内总线（AMBA、Wishbone、Avalon等）

嵌入式处理器专用功能模块(ADC、DAC、PLL)存储器（RAM、ROM）I/O接口模块(USB、UART、Ethernet)SoC基本结构片内总线

1.1.4SoC与计算机SoC是属于计算机与微电子学科交叉的新兴方向。微电子方向注重电路级设计，包括管级电路设计、芯片版图设计、材料工艺实现等。计算机方向注重于系统级设计，包括SoC结构、IP核间逻辑关系、片内总线结构设计、行为级/RTL级功能设计实现，FPGA验证、测试验证等。

1.1.4SoC与计算机SoC是属于计算机与微电子学科交叉的新兴方向。微电子方向注重电路级设计，包括管级电路设计、芯片版图设计、材料工艺实现等。计算机方向注重于系统级设计，包括SoC结构、IP核间逻辑关系、片内总线结构设计、行为级/RTL级功能设计实现，FPGA验证、测试验证等。SoC强化了计算机基础理论知识之间的联系，为理论与实践的有机结合提供了有效的途径。

1.SOC集成的IO模块包括以下哪几个ADCUARTSPIUSBABCD提交多选题1分此题未设置答案，请点击右侧设置按钮

SoC与计算机相关基础课程

SoC类型计算控制型通信网络型信号处理型

201.1.5SoC类型--计算控制型

211.1.5SoC类型--计算控制型微处理器CPUCISC：硬件复杂，软件简化，指令执行效率低，功耗大，如IntelX86系列，微机操作系统（Windows系列），用于微机与工业机。RISC：硬件简单，软件优化，指令执行效率高，功耗低，如ARM系列，嵌入式操作系统（如PalmOS、WindowsCE），用于信息家电、个人电器、移动通信。数字信号处理器DSP通用DSP：强调高性能、高速，～1GHz嵌入式DSP：强调多功能、低功耗，～100MHz

2220.7SoC设计流程计算控制型SoC示例

23前放/功放：800MHz～5GHz，RFCMOS基带：100MHz，带CPU、SRAM