soc设计方法学（二）

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1、SoC设计方法学（二）

2、第1面向SoC的软硬件协同设计理论应该是从一个给定的系统任务描述着手，通过有效地分析系统任务和所需的资源，采用一系列变换方法并遵循特定的准则自动生成符合系统功能要求的，符合实现代价约束的硬件和软件架构。这种全新的软硬件协同设计思想需要解决许多以前没有碰到的问题。首先是系统的描述方法。目前广泛采用的硬件描述语言（HDL）是否仍然有效？如何来定义一个系统级的软件功能描述或硬件功能描述？等等。至今天为止，尚没有一个大家公认的且可以使用的系统功能描述语言可供设计者使用。其次是这一全新的设计方理论与已有的IC设计理论之间的接口。可以预见，这种全新的设计理论应该是

3、现有IC设计理论的完善，是建筑在现有理论之上的一个更高层次的设计理论，它与现有理论一起组成了更为完善的理论体系。在这种假设下，这种设计理论的输出就应该是现有理论的输入。第三，这种全新的软硬件协同设计理论将如何确定最优性原则。显然沿用以往的最优性准则是不够的。除了芯片设计师们已经熟知的速度、面积等硬件优化指标外，与软件相关的如代码长度、资源利用率、稳定性等指标也必须由设计者认真地加以考虑。第四，如何对这样的一个包含软件和硬件的系统的功能进行验证。除了验证所必须的环境之外，确认设计错误发生的地方和机理将是一个不得不面对的课题。最后，功耗问题。传统的IC在功耗的分析和估计方面已有一

4、整套理论和方法。但是，要用这些现成的理论来分析和估计含有软件和硬件两部分的SoC将是远远不够的。简单地对一个硬件设计进行功耗分析是可以的，但是由于软件运行引起的动态功耗则只能通过软硬件的联合运行才能知道。其实，还可以举出很多新理论要涉及的问题，它们一起构成了面向SoC的软硬件协同设计的内容。IP核生成及复用技术其次来看一下设计重用技术。500)this.style.ouseg(this)">正如前面所讨论的，今天在单个芯片上已可以集成上千万乃至上亿只晶体管。芯片变得如此复杂，它实现了以前需要许多块印制电容板（PCB）甚至机架才能完成的功能。在这样高的集成度下，设计的难度已变得

5、非常高，设计代价事实上主导了芯片的代价。这不仅要求设计者必须具备系统和芯片两方面的知识，同时也必须充分考虑市场竞争的压力，最大限度地缩短设计周期。凡事从零做起的思路显然不能适应这种新情况，而采用前人成功的设计经验和设计资料是解决这个问题的明智选择。所谓设计重用实际上包含两个方面的内容，涉及设计资料重用技术和如何生成可被他人重用的设计资料。前者通常被称为IP重用（IPReuse），因为可以补反复使用的设计资料通常具备比较复杂的功能，且经过验证。设计资料内不仅仅包含一些物理功能和技术特性，更重要的是包含了设计者的创造性思维，具有很强的知识内涵。这些资料因而也被称为具有知识产权的内

6、核（IPCore），简称IP核。后者则涉及到如何去生成IP核。（1）IP核的生成先讨论一下IP核的生成。所谓IP核实际上就是一个经过验证的IC设计，从其实现的形式和应用层次上来看，IP核可以有三种不同的表现形式：软核（Soft-Core）、固核（Firm-Core）和硬核（Hard-Core）。软核以HDL的方式提交，其性能通过时序模拟进行验证。由于软核不依赖于任何实现工艺或实现技术，具有很大的灵活性。使用者可以方便地将其映射到自己所使用的工艺上去，可复用性很高。软核的另外一个重要的优点是使用者拥有全部源代码。使用者可以通过修改源代码，方便地生成同样功能且自有版权的新软核，从

7、而避免向原有软核支付版税。同时聪明的软核使用者还可以通过增加自己的知识和经验，产生出远比原始软核广泛得多的新的软核。正是由于软核的上述优点，它的价格不菲，且提供者寥寥无几。但是软核也有自身的弱点。由于软核的载体是硬件描述语言且与实现的工艺无关，使用者在最终将其嵌入自己的设计时就要对从描述到版图的转换的全过程负责。虽然这要涉及经曲IC设计的全部内容，IC设计人员必须具备相当的风险意识。另外，工艺映射和系统的性能有着一定的内在关系，是否可以不加修改地将一个软核映射到任何一个工艺上仍然是需要探讨的一个问题。硬核以IC版图的形式提交，并经过实际工艺流片验证。显然，硬核强列地依赖于某一

8、个特定的实现工艺，而且在具体的物理尺寸，物理形态及性能上具不可更改性。500)this.style.ouseg(this)">这些特点对使用者来说有喜有忧。喜的是硬核已经过验证并具有最优的面积代价和性能的设计，使用者不需考虑与上相关的优化问题。忧的是硬核与工艺的强相关性迫使使用也只能使用核工艺完成电路其它部分的设计，而且要在布局布线遵守注意固核的物理限制。显然，固核的特点决定了使用者进行电路设计时的灵活性很小，希望通过获得固核以生成其它固核的可能基本上没有。即使有，受到加工工艺、经费和知识产权等方面的限