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標題: SoPC與嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設計 [打印本頁]

作者: 51黑tt 時間: 2016-3-6 12:45
標題: SoPC與嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設計
1 概述
20世紀90年代初,電子產(chǎn)品的開發(fā)出現(xiàn)兩個顯著的特點：產(chǎn)品深度復雜化和上市時限縮短。基于門級描述的電路級設計方法已經(jīng)趕不上新形勢的發(fā)展需要，于是基于系統(tǒng)級的設計方法開始進入人們的視野。隨著半導體工藝技術的發(fā)展，特別是超深亞微米(VDSM,<0.25 μm)工藝技術的成熟，使得在一塊硅芯片上集成不同功能模塊（成為系統(tǒng)集成芯片）成為可能。這種將各種功能模塊集成于一塊芯片上的完整系統(tǒng)，就是片上系統(tǒng)SoC(System on Chip)。 SoC是集成電路發(fā)展的必然趨勢。
SoC設計技術始于20世紀90年代中期，它是一種系統(tǒng)級的設計技術。如今，電子系統(tǒng)的設計已不再是利用各種通用集成電路 IC(Integrated Circuit)進行印刷電路板PCB(Printed Circuit Board)板級的設計和調試，而是轉向以大規(guī)模現(xiàn)場可編程邏輯陣列 FP
GA (FieldProgrammable Gate Array)或專用集成電路 ASIC (ApplicationSpecific Integrated Circuit)為物理載體的系統(tǒng)級的芯片設計。使用ASIC為物理載體進行芯片設計的技術稱為片上系統(tǒng)技術，即SoC；使用FPGA作為物理載體進行芯片設計的技術稱為可編程片上系統(tǒng)技術，即SoPC（System on Programmable Chip）。SoC技術和SoPC技術都是系統(tǒng)級的芯片設計技術(統(tǒng)稱為廣義SoC)。
到目前為止，SoC還沒有一個公認的準確定義，但一般認為它有三大技術特征：采用深亞微米（DSM）工藝技術，IP核(Intellectual Property Core)復用以及軟硬件協(xié)同設計。SoC的開發(fā)是從整個系統(tǒng)的功能和性能出發(fā)，利用IP復用和深亞微米技術，采用軟件和硬件結合的設計和驗證方法，綜合考慮軟硬件資源的使用成本，設計出滿足性能要求的高效率、低成本的軟硬件體系結構，從而在一個芯片上實現(xiàn)復雜的功能,并考慮其可編程特性和縮短上市時間。使用SoC技術設計的芯片，一般有一個或多個微處理器芯片和數(shù)個功能模塊。各個功能模塊在微處理器的協(xié)調下，共同完成芯片的系統(tǒng)功能，為高性能、低成本、短開發(fā)周期的嵌入式系統(tǒng)設計提供了廣闊前景。
SoPC技術最早是由美國Altera公司于2000年提出的，是現(xiàn)代計算機輔助設計技術、電子設計自動化EDA(Electronics Design Automation)技術和大規(guī)模集成電路技術高度發(fā)展的產(chǎn)物。SoPC技術的目標是將盡可能大而完整的電子系統(tǒng)在一塊FPGA中實現(xiàn)，使得所設計的電路在規(guī)模、可靠性、體積、功能、性能指標、上市周期、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護及其硬件升級等多方面實現(xiàn)最優(yōu)化。SoPC的設計以IP為基礎，以硬件描述語言為主要設計手段，借助以計算機為平臺的EDA工具，自動化、智能化地自頂向下地進行。
系統(tǒng)級芯片設計是一種高層次的電子設計方法，設計人員針對設計目標進行系統(tǒng)功能描述，定義系統(tǒng)的行為特性，生成系統(tǒng)級的規(guī)格描述。這一過程中可以不涉及實現(xiàn)工藝。一旦目標系統(tǒng)以高層次描述的形式輸入計算機后，EDA系統(tǒng)就能以規(guī)則驅動的方式自動完成整個設計。為了滿足上市時間和性能要求，系統(tǒng)級芯片設計廣泛采用軟硬件協(xié)同設計的方法進行。
2 SoPC設計中的軟硬件協(xié)同設計
2.1軟硬件協(xié)同設計的背景
系統(tǒng)級芯片設計是微電子設計領域的一場革命，它主要有3個關鍵的支撐技術：
① 軟、硬件的協(xié)同設計技術。主要是面向不同目標系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（Functional Partition Theory）和設計空間搜索技術。
② IP模塊復用技術。IP是指那些集成度較高并具有完整功能的單元模塊，如MPU、DSP、DRAM、Flash等模塊。IP模塊的再利用，除了可以縮短芯片的設計時間外，還能大大降低設計和制造的成本，提高可靠性。IP可分為硬IP和軟IP。SoPC中使用的IP多數(shù)是軟IP。軟IP可重定制、剪裁和升級，為優(yōu)化資源和提高性能提供了很大的靈活性。

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