基于verilog+hdl的spi可复用ip核设计与实现

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第4页第二章相关概念及技术的介绍在IC发展初期，电路设计都从器件的物理版图入尹11，后来出现了IC单元库@U．1il))，使得IC设计从器件级进入逻辑级，这样的设计思路使得大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计，极大地推动了lC产业的发展。但此时的IC仅是—种半成品，只有装入整机系统才能发挥它的作用。传统的IC设计技术是通过FCB(P血tedCirG：IlitBoard，印制电路板)等技术来实现整机系统的。然而由于PCB中IC芯片之间的连线延时、PCB可靠性以及重量等因素的限制，使得整机

2、系统的性能受到了很大的限制。因此，随着系统不断向高速度、低功耗和多媒体、网络化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高，加之设计与工艺技术水平的提高，IC的规模越来越大，复杂度越来越高，从而引出了“SoC"的概念。本文的设计就是是面向SOC，用VerilogHDL来描述实现—个可复用软m核，因此接下来本章将对SOC、IF核以及两种硬件描述语言做个简单的介绍，为后文的设计做铺垫。2．1S00的概念及特点2．1．1S00的概念及应用SOC的概念多种多样，由于其内涵丰富、应用范围广，很难给出准确定义。参考文献【1]中把SOC定义

3、为在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I／O等功能，从而实现—个系统的功能。参考文献【21中指出：1995年，Dataquest对SOC的定义是包括—个或多个计算“引擎"(微处理器／微控制器／数字信号处理器)、至少10万门的用户门和相当数量的存储器：要在芯片上整体实现CFU、DSP、数字电路、模拟电路、存储器等多种电路；综合实现图像处理、语音处理、通信协议、通信机能、数据处理等功能。实际上，从狭义角度讲，SOC是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在—块芯片上；从广义角度讲，SOC是—删小型系统，如果说中

4、央处嘲cru)是大脑，那么SOC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。目前，国内外学术界一般倾向将SOC定义为将微处理器、模拟P核、数字口核和存储器(或西南交通大学硕士研究生学位论文第5页片外存储控制接口)等集成在单一芯片上。它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。SOC是在ASIC的基础上发展起来的，是面向特定用户的能最大满足嵌入式系统要求的芯片，具有很多不同于专用集成电路的优点：实现一个系统的功能，速度快，集成度高，能极大改善功耗开销；可减少印制板上的部件数和管脚数，从而使整机成本和体积大大降低：减少板卡失效的可

5、能性，有利于板卡的性能改善(由于片内连线缩短)，可提高整个系统的可靠性。SOC的这些优点正好顺应了通信产品、微型计算机、消费类电子产品向体积小、重量轻和低功耗发展的趋势，对于移动通信、掌上电脑和多媒体产品的生产厂商有非常大的吸引力，因此SOC产品有着广泛的应用和市场前景。2．1．2SOC设计流程及特点目前SOC设计已经成为IC界的焦点，并且随着半导体和电子设计自动化(EDA)技术的不断发展，每次半导体工艺的进步，都给设计者提出了新的挑战。其设计流程如图2-1所示，由图可以看出：SOC设计通常包括系统级设计规划』设计实现1-

6、一实现协同验证系统级至RTL级盯L级至GDSⅡ级图2-1SOC设计流程图131设计、电路级设计、物理实现、物理验证及最终验证，设计中的关键技术就是m核的复用技术。与传统的IC设计技术和方法相比，SOC设计具有以下几个特点：西南交通大学硕士研究生学位论文第6页(i)SOC设计规模庞大，具有数百万门乃至上亿个元器件，在0．131an的工艺制程下，其设计密度超过10万门每平方毫米【4】，并且电路结构比较复杂，要求设计起点比普通的A．SIC高，不可能依靠基本逻辑单元作为基础单元，而是采用疋模块。(2)SOC具有很高的系统时钟频率，

7、而且各模块内和模块间错综复杂的时序关系，给设计带来了很多问题，如时序验证、低功耗设计、电磁干扰和信号串扰等等。(3)SOC多采用深亚微米工艺加工技术，总线延迟与门延迟相比变得不可忽视，并成为主要因素。(砷由于芯片上要实现的功能繁多，而且要分别用硬件和软件来实现，功能模块之间的关系也特别复杂，这就需要在更高的设计层次上来进行IC设计。(匀在SOC设计中，硬件和软件是并行协同设计的。即设计时要先完成系统功能的定义，然后进行软硬件划分，软硬件并行设计。2．2IP复用技术2．2．1lP核的概念口复用技术是SOc设计的最大挑战之一。

8、由于当代电子产品的生命期正在不断缩短，这就要求芯片的设计要在更短的周期内完成。为了加快芯片设计的速度，人们将已有的IC电路以模块的形式，在芯片设计中调用，从而简化芯片的设计，缩短设计时间，提高设计效率。这些可以被重复使用的ICI奠块就叫做疋模块(或者系统宏单元、芯核、虚拟器件)。P模块是—种预先设计好，