SoC原理与设计基础.ppt

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1、SoC原理与设计基础,SoC基本概念SoC技术特点SoC设计的关键技术 SoC发展趋势基于FPGA的SoC应用技术片上总线嵌入式RISC CPU软件无线电芯片级应用系统,SoC基本概念,SoC（System on Chip）片上系统狭义：信息系统核心的芯片集成，将系统关键部件集成在一块芯片上广义：微小型系统SoC在集成电路(IC)向集成系统(IS)转变大方向下产生 1994年Motorola的Flex Core系统1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC,SoC技术特点,半导体工艺技术的系统集成 软件系统和硬件系统的集成 SoC具有以下几方面的优势，因而创造其产品价 值与市场需

2、求：降低耗电量 减少体积 增加系统功能 提高速度 节省成本,SoC设计的关键技术,总线架构IP核复用软硬件协同设计SoC验证可测性设计低功耗设计超深亚微米电路实现嵌入式软件移植与开发,SoC发展趋势,SoC芯片的规模一般远大于普通的ASIC；SoC仿真与验证最复杂、最耗时，先进的设计与仿真验证方法成为SoC设计成功的关键；除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起；高度集成化、固件化；基于SoC开发平台，最大程度系统重用。,基于FPGA的SoC应用技术,系统功能集成是SoC的核心技术 固件集成是SoC的基础设计思想 嵌入式系统是SoC的基本结构 IP是SoC的设

3、计基础,片上总线,IP核互连一般采用总线的方式，这种总线称为片上总线（On-Chip Bus，OCB）ARM公司的AMBA总线Altera公司Avalon总线IBM 公司的CoreConnect 总线 OpenCore组织的Wishbone总线 OpenCore组织的OPC总线,片上总线,AMBA总线Advanced Microcontroller Bus ArchitectureARM公司设计的用于高性能嵌入式系统的总线标准，独立于处理器和制造工艺技术,片上总线,AMBA总线AHB(Advanced High Performance Bus)ASB(Advanced System Bus)A

4、PB(Advanced Perpheral Bus),片上总线,AVALON 总线Altera在推出业内第一个软核Nios时开发的片上总线一种简单的总线协议，规定了主部件和从部件之间进行连接的端口和通信的时序,片上总线,CoreConnect总线 IBM公司设计的一种SoC总线协议，能够使处理器、内存控制器和外设在基于标准产品平台设计中的集成和复用更加灵活，从而提高系统性能。,片上总线,CoreConnect总线 处理器局部总线PLB(Proeessor Local Bus)：高速的CPU核、高速存储器控制器、仲裁器、高速的DMA控制器等高性能、宽带宽的设备都连接在PLB上。片内外设总线OPB

5、(On-Chip Peripheral Bus)：低性能的设备都连接在OPB总线上。器件控制寄存器总线DCR(Device Control Register)：配置PLB和OPB主从设备中的状态寄存器和控制寄存器。,片上总线,Wishbone总线 Silicore公司提出，现在已被移交给OpenCores组织维护结构十分简单，它仅仅定义了一条高速总线用户可以按需要自定义Wishbone标准，如字节对齐方式、标志位 等,片上总线,Wishbone总线互连方式 点到点（point-to-point）：用于两IP核直接互连；数据流（data flow）：用于多个串行IP核之间的数据并发传输；共享总线

6、（shared bus）：多个IP核共享一条总线；交叉开关（crossbar switch）：同时连接多个主从部件，提高系统吞吐量。,片上总线,Wishbone总线WISHBONE System-on-Chip(SoC)Interconnection Architecture for Portable IP Cores,片上总线,典型主从设备连接,单个读周期单个写周期,片上总线,BIG ENDIAN,片上总线,LITTLE ENDIAN,嵌入式RISC CPU,AlteraNois系列XilinxPowerPC（硬核）PicoBlaze（8位微处理器软核）MicroBlaze（32位微处理器软

7、核，支持CoreConnect总线的标准外设集合）基于EDK开发：EDK中提供的IP核均有相应的设备驱动和应用接口，只需利用相应函数库，就可以编写自己的应用软件和算法程序；对于用户自己开发的IP核，需要自己编写相应的驱动和接口函数。,嵌入式RISC CPU,GaislerLeon系列（Sparc V8架构，开源，完整的工具链）SunOpenSparc（Sparc V9架构，开源）OpencoresOpenRiscZPU（最小的32位RISC软核）几十种CPU软核,软件无线电,软件无线电（Software Radio）在开放公共硬件平台上利用可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。基本思想：将宽

8、带模数变换器(A/D)及数模变换器(D/A)尽可能地靠近射频天线（模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线）通过软件编程来完成传送信息抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换。通过软件编程实现不同的信道调制方式的选择,如调幅、调频、单边带、数据、跳频和扩频。通过软件编程实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能。,软件无线电,软件无线电AD-DSP-DAAD-DSP+FPGA-DAAD-FPGA-DA编程最终将向FPGA逻辑设计过渡，以嵌入式SoC系统为核心。,芯片级应用系统,FPGA的两个走向高度并行专用电路设计追求高速度高度的电路优化灵活的SoC系统设计追求灵活性、高性价比嵌入式CPU为核心的软硬件协同设计SoC验证,芯片级应用系统,通信（仍占据主流）卫星通信、网络交换工业控制（新兴）取代传统MCU汽车电子定位、识别、控制生物医疗医疗信息采集、大规模生物计算,