soc及其ip核设计与其在通信中应用研究

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1、SoC及其IP核的设计与其在通信中的应用研究类别：电子综合苗长云，曹晓东，李鸿强，石博雅摘要：提出现代集成电路技术中的SoC及其IP核的设计方法，在分析SoC的特点及其IP核的基本特征的基础上，给出了系统级设计软件、IP核开发流程和关键技术，并将其应用于NGN中综合业务接入系统的具有自主知识产权的集成电路设计中。关键词：片上系统；IP核；系统级设计；设计流程片上系统SoC(systemonchip)是ASIC(applicationspecificintegratedcircuits)设计方法学中的新技术，是指以嵌入式系统为核心，以IP核复用技

2、术为基础，集软、硬件于一体，并追求产品系统最大包容的集成芯片。SoC最早出现在20世纪90年代中期，1994年MOTOROLA公司发布了FlexCore系统，用来制作基于68000和PowerPC的定制微处理器。1995年，LSILOGIC公司为SONY公司设计的SoC是基于IP(IntellectuaLProperty)核进行SoC设计的最早报道。由于SoC可以利用已有的电路和IP核进行设计，从而能够显著地提高设计效率，得到了迅速发展。从技术层面上看，以下几个方面推动了SoC技术的发展：①微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工

3、艺水平不断提高，已从亚微米进入到深亚微米和超深亚微米。其特点为工艺特征尺寸越来越小，芯片尺寸越来越大，单片上的晶体管数越来越多，时钟速度越来越快，电源电压越来越低，布线层数越来越多，I/O引线越来越多。这使得将微处理器、存储器、DSP和各种接口集成到一块芯片上成为可能。②计算机性能的大幅度提高，使很多复杂算法得以实现，为计算机辅助设计提供了物理基础。③EDA(ElectroniCdesignAUTOMATION，采用CAD技术进行电子系统和专用集成电路设计)综合开发工具的自动化和智能化程度不断提高，为集成电路设计提供了不同用途和不同级别的一体化

4、开发集成环境。④硬件描述语言(HDL)的发展为集成电路设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。目前，比较流行的HDL语言包括已成为IEEESTD1076标准的VHDL、已成为IEEESTD1364标准的VerilogHDL和作为Altera公司企业标准的AHDL等。为了加快SoC芯片设计的速度，人们将已有的IC电路以模块的形式，在SoC芯片设计中调用，从而简化芯片的设计，缩短设计时间，提高设计效率。IP核是一种预先设计好、已经过验证，并具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。本文阐述了现代集成电路技术中的SoC及其IP核的设计方法，在分析了SoC

5、的特点及其IP核的基本特征后，给出了SoC及其IP核设计中的系统级设计软件、IP核开发流程和关键技术，并提出了将其应用于综合业务接入系统的集成电路设计中。SoC的特点及其IP核的基本特征SoC的特点SoC将数字电路、模拟电路、信号采集和转换电路、存储器、MPU、MCU、DSP等集成在一块芯片上实现一个系统。以超深亚微米(VDSM)工艺和IP核复用(IPReuse)技术为支撑的系统级芯片技术将是超大规模集成电路(VLSI)发展的必然趋势和主流。其特点在于：①功能强，规模大。SoC芯片中不仅包括了MPU、SRAM、DRAM、EPROM、闪速存贮器、

6、ADC、DAC等数字电路设计中的基本模块，还具有一些其它模拟和射频电路，因此其功能是非常强大的。②结构复杂。VDSM使系统级芯片更大更复杂。数百万门的SoC中不仅包括了复杂的数字电路部分，更包括了一些模拟电路和射频电路，这就使得SoC的结构复杂，相应的设计工作也复杂化。③速度高，时序关系复杂。随着工艺向0.13μm或更小尺寸90nm发展，需要精确处理的不是门延迟而是互连线延迟。数百兆的时钟频率以及模块内和模块外错综复杂的信号间时序关系给设计带来了许多的问题，如时序验证、低功耗设计、信号的完整性以及电磁干扰和信号串扰等。IP核的基本特征IP核的基

7、本特征包括：①通用性。通用性好是指具有某一功能的IP核，可以在不同应用方面使用。IP核具有满足子功能可配置甚至可编程的特点，如最常见的嵌入式CPU模块就具有非常好的通用性。②正确性。正确性有百分之百的保证，是指IP核的实现严格遵守一系列的可重用设计开发规范，IP核的验证用例必须具有完备性，功能覆盖率、测试覆盖率都能够达到百分之百，并能够完全覆盖IP核工作的临界条件，提供相应的大流量测试、随机性测试，甚至能够提供软硬件协同仿真的测试环境等。③可移植性。可移植性好是指IP核的实现，如行为描述、网表、GDSII文件，具有可移植性，其设计输入可以在不同

8、的开发平台上重现;综合用批处理文件具有可移植性，IP核的综合结果可以用不同的综合工具，在不同的综合库条件下正确重现；IP核的验证可以用不同的仿真器，在