ip核复用的系统芯片soc设计技术new

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1、http://www.paper.edu.cnIP核复用的系统芯片SoC设计技术李茜北京邮电大学，北京（100876）E-mail：madder205@gmail.com摘要：本文介绍了系统芯片SoC的特点及IP核复用技术，着重从IP核复用技术方面探讨了SoC设计中的关键技术问题，讨论了IP复用技术的优势。最后，对IP核复用在SoC设计中的发展前景做出展望。关键词：SoC，IP核，IP复用1.引言随着集成电路制造技术的快速发展，使IC设计进入了系统芯片SoC（SystemonChip）的时代。SoC极大地缩小系统体积、提高了系统的性能；采用基于I

2、P（IntellectualProperty）核的设计，允许在芯片设计过程中复用已经经过验证的高性能的IP核，从而提高了设计效率，缩短设计周期。2.SoC的特点及IP核复用技术自1947年晶体管诞生以来，微电子技术在迄今为止的六十年时间里得到了飞速的发展。Moore定律指出，特征尺寸平均每三年缩小2倍，集成度平均每三年增加四倍、芯片尺寸每年提高12%。集成电路芯片在规模上经历了小规模SSI、中规模MSI、大规模LSI、超大规模VLSI之后，进入了超大规模GSI阶段，集成电路工艺技术发展趋势如表1所示。这使得将整个复杂系统集成到一个芯片，即SoC成

3、为可能。表1集成电路工艺技术发展趋势[1]年份199920022005200820112014特征尺寸（µm）0.180.130.100.070.050.035集成规模120M330M880M2.5G7.1G19.9GSoC被认为是一种复杂的集成电路，将终端产品的主要功能单元完全集成在单个芯片或芯片组中。通常，SoC包括一个可编程处理器、片上存储器和由硬件实现的加速功能单元。另外SoC作为一个系统需要直接与外部世界打交道，因而还包括模拟部件以及数模混合部件，在未来还可能会将光/微电子机械系统部件集成在一起。SoC设计的三大支撑技术包括软硬件协同设

4、计技术、IP设计和复用技术、超深亚微米（VDSM）设计技术等。SoC实现的是软硬件集成的系统，需要建立软硬件协同设计理论和方法；而IP是SoC中最重要的概念之一，SoC的很多特点是通过IP设计和IP服用来表现和实现的。2.1SoC的特点从广义上讲，SoC可将信息获取、信息处理、信息存储、交换甚至执行的功能集成在一起；在狭义上，SoC则主要将具有信息处理、存储和交换等功能。SoC结构如图1所示。[2]SoC具有如下特征：¾含实现复杂功能的超大规模集成电路（VLSI）；¾使用了微处理器MPU、微控制器MCU及数字信号处理器DSP；-1-http://

5、www.paper.edu.cn¾采用IP核进行设计；¾采用超深亚微米（VDSM）技术实现；¾具有可从外部对芯片进行编程的功能。图1SoC结构示意图2.2IP核复用技术所谓IP是指知识产权。美国Dataquest咨询公司将半导体产业中的IP定义为用于ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits）、ASSP（ApplicationSpecificStandardProduct）等器件中，并且是预先设计好的电路功能模块。IP核是指已经设计好的并经过实际验证的具有特定功能的性能优化的一些电路功能模块。一般包含三层

6、次的含义：首先，IP核是设计好的功能模块，购买一个IP核所得到的只是一些设计数据，而不是实际芯片；其次，为了确保IP核的性能可靠，要求IP核必需经过实际验证，最好是IP核在设计中已被成功使用；最后，IP核必需经过性能优化，只有性能优异的IP核，才能够吸引购买力。IP复用，是指对系统中的某些模块直接使用已有的IP来实现，不必设计所有模块。采用IP核进行系统设计，可以大大缩短产品设计时间，减小设计风险。2.2.1IP核的分类IP核分为软核（SoftCores）、硬核（HardCores）和固核（FirmCores）三种。软核为[3]能综合的HDL描述

7、，硬核为芯片版图，固核为门级HDL描述。软核是指以可综合的RTL级描述提交的核。软核不依赖于最终的实现工艺，因此具有很大的灵活性。使用者可以非常方便地将其映射到自己所使用的工艺上，可复用性最高。此外，软核的使用者完全拥有源代码，使用者可以通过修改源代码，并对源代码进行优化生成自己的软核。但由于软核所提供的是RTL级描述，而用户将其嵌入到自己的设计中，必须对从RTL到版图的转换全过程负责，从而使得设计的复杂性大大增加；同时核的性能在这种转换过程中也难以得到保证。硬核是指以电路版图形式提交的核。因此，其总是与特定的实现工艺相关，而且核的形状、大小以及

8、核的端口的位置固定。所以灵活性最小，可复用性最低；但正是由于硬核具有-2-http://www.paper.edu.cn不可更改性，使得