第六章SOC的层次结构设计SOC的结构SOC的层次结构设计系统的仿真和测试SOC的嵌入式指令SOC的软硬件协同设计6.1SOC的结构6.1.1引言1.定义:SOC以电子系统的系统功能为出发点,把系统模型,处理机制,芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来,在单芯片上完成整个系统的功能。2.特点:SOC以嵌入式系统为核心,集软、硬件于一体,并追求产品系统最大包容的集成。6.1.2SOC的硬件结构按照1999年国际半导体技术发展指南(ITRS1999,目前组成SOC的模块单元可以包括微处理器核,嵌入式SRAM、DRAM和FLASH单元以及某些特定的逻辑单元。ITRS99认为,开发SOC的根本目标是提高性能和降低成本,另外,Soc开发的另一个重要的考虑是他的可编程特性(通过软件、fpga,flash或其他手段来实现。1.专用硬件:为了某种专门应用的算法或功能设计的部件。可以由ASIC或可编程逻辑资源实现。2.嵌入式处理器:SOC中集成某些专用指令集处理器。在SOC中,系统的控制任务通常有RISCCPU担任。3.片上RAM和ROM:主要是满足数据处理的需要或者是存储应用软件。一般由SRAM和E2PROM构成4.测试电路:SOC的芯片设计应该满足可测试性的要求,应当具有传送测试信号所必需的接口电路,以及支持芯片测试功能所必须的控制逻辑。应用方式及举例1.MP3播放器概要如果考虑一个像一台MP3播放器那样的高容量的消费产品的内部的结构,可定义它的一些基本功能,如图所示。外部接口(ExternalInterface:典型的是USB接口,但这里要求串行和并行接口,甚至是以太网接口。闪存(FlashMemory:存储器用于存储音乐。根据实际的播放器的不同,存储器的容量将会改变。MP3解码器(MP3Decoder:解压存储在闪存中的数据,生成音频位流。音频(Audio:把数字音频位流转换成模拟音频位流,驱动外围扬声器。CPU:连接用户接口、显示器和按钮,使之同使用MP3播放器的操作一样。MP3播放器的功能可通过SOC技术实现。该器件包含MP3译码器和控制器功能,其中多数复杂的性能、功能可在EPGA核中由标准的、固定的ASIC门和可重新配置部分实现,如图所示。6.1.3嵌入式软件SOC的应用软件一般都是容积小,实时性强,以固化形式存入片上存储器中,是一种嵌入式软件。有的SOC可以集成嵌入式实时操作系统,以满足SOC中实时多任务的应用。6.2数字系统的层次结构设计6.2.1芯片的划分:芯片的划分采用TOP-DOWN设计的方法,从算法开始,层层分解形成各个功能模块的设计。芯片划分的基本准则:各个分系统之间的连线最少(1功能相关性是指在系统架构上两个不同部分之间的联系。功能相关性或者功能相关性大的部分应该划分在同一个系统内。(2数据相关性是指两个操作所用到的操作数的相关性。数据相关性大的操作应该划分在同一个子系统内。(3操作相关性是指两个操作是否可以共享一个资源。操作相关性的划分在同一个系统内。FPGA模块的划分(Designpartitioning非常重要,除了关系到是否最大程度上发挥项目成员的协同设计能力,而且直接决定着设计的综合、实现时间。下面是一些模块划分的原则。a.对每个同步设计的子模块的输出使用寄存器(registering。也即用寄存器分割同步时序模块的原则。使用寄存器的好处有:综合工具在编译综合时会将所分割的子模块中的组合电路和同步时序电路整体考虑。而且这种模块结构符合时序约束的习惯,便于使用时序约束熟悉进行约束。b.将相关的逻辑或者可以复用的逻辑划分在同一模块内。这样做的好处有,一方面将相关的逻辑和可以复用的逻辑划分在同一模块,可以最大程度的复用资源,减少设计消耗的面积。同时也更利于综合工具优化一个具体功能(操作在时序上的关键路径。其原因是,综合工具只能同时考虑一部分逻辑,而所同时优化的逻辑单元就是模块,所以将相关功能划分在同一模块更有利于综合器的优化。c.将不同优化目标的逻辑分开。好的设计,在规划阶段,设计者就已经思考了设计的大概规模和关键路径,并对设计的优化目标有一个整体上的把握。对于时序紧张的部分,应该独立划分为一个模块,其优化目标为“speed”,这种划分方法便于设计者进行时序约束,也便于综合和实现工具进行优化。d.将松约束的逻辑归到同一模块。有些逻辑的时序非常宽松,不需要较高的时序约束,可以将这类逻辑归入同一模块,如多周期路径“...
