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1、山西电子技术软件天地2003年第1期SOPC———基于FPGA的SoC设计策略周恒罗斯青(南京邮电学院,江苏南京210003)摘要:介绍了SoC的特点,并针对其设计所而临的问题提出了Altera公司的解决方案———SOPC,以及相关的Excalibur芯片和开发工具QuartusII与SOPCBuilder。关键词:片上可编程系统;片上系统;FPGA;Excalibur;QuartusII;SOPSBuilder中图分类号:TN43文献标识码:ADSP和各种接口,若能将这些部件集成到一块芯片1SoC的特点当中,将获得比用传统方法设计出来的系统性能提高很多。例如,有观
2、点认为,采用0.35umSOC技术近年来,随着半导体技术的飞速发展,传统的芯设计的电路,其性能将当于0.180.15um的采用通常片设计方法正在进行一场革命,其标志就是系统级方法设计的电路;并且完成同样的功能所需的元件芯片,或称片上系统的SoC(System-on-a-Chip)被数要少很多。此外,IBM公司发布的将逻辑电路的业界广泛接受,并成为研究和开发的焦点。存储器集成在一起的单系统芯片,集成度2400万以前的一个电子系统,需要多块功能单一的IC门,其速度相当于PC处理速度的8倍,存储容量提组成,而SoC就是将一个电子系统集成到一块芯片高了24倍,存取速度提高了
3、24倍。NS公司推出的上。这一概念于上世纪90年代提出,目的是为了克全球第一个单片彩色图形扫描仪,将原40个芯片集服多芯片集成系统设计所产生的一些困难,通过提成为一个,使DVD价格下降了近一半。高芯片集成的系统功能以获得更高的系统性能,减少电路板面积,降低制造成本。2SoC的设计与面临的问题SoC是市场和技术共同推动的结果。从市场层面上看,近年来通讯行业的迅猛发展和信息家电的IP核复用技术是SoC设计的关键。在SoC的设迅速普及,迫使集成电路产商不断发展IC新品种,计中,人们着重的不再是某个新功能的实现,而是如扩大IC规模,增强IC性能,提高IC的上市时间何去评估、
4、验证和集成多个已经存在的软硬件模块,(Timetomaeket),实现品种的通用性、系列化和标准也就是从以功能设计为基础的传统设计流程转变为化,以利于批量生产,降低成本,提高效益,增强产品以功能组装为基础的全新流程。前面提及的微处理的竞争力。这就便得集成电路产商必须转换观念,器、存储器等均可作为SoC设计时用到的IP模块。以应用为主,针对不同应用提供整体解决方案。图1是一个基于SoC的MPEG-4视音频编解码器从技术层面上看,自70年代以来,随着半导体结构框图,图中包含有一个ARM处理器模块、嵌入和电子设计自动化技术的不断发展,单芯片集成度式存储器模块和各种接口模块
5、,是一个典型的SoC不断提高,单个芯片所能提供的晶体管数量已经超设计。过了大多数电子系统的要求,如何发挥这一近乎无IP核是SoC设计的“积木”,一个好的IP核应该限的晶体管集成度,就成了电子工程师的一项重大包含一下特点:挑战。一般的电子系统都包括有微处理器、存储器、a)可移植和可综合的收稿日期:2002-11-18第一作者周恒男29岁硕士研究生第1期周恒,等:SOPC———基于FPGA的SoC设计策略7b)灵活和参数化的d)针对工艺进行了调整的c)易于集成的e)适应设计环境的图1一个典型SoC的结构框图当一个SoC设计工程师选择IP时,应该根据以上几点考虑,否则选用
6、的IP将不能和外界的其他模3SOPC解决方案块和电路很好配合,这时如果设计人员仍希望能很好地利用它们,就必须对这些IP进行修改,这个过以往的SoC设计依赖于固定的ASIC。其设计程可能会使设计的工作量大到无法承受的程度。因方法通常采用全定制和半定制电路设计方法,设计此如何选择一个良好的IP模块是SoC设计面临的完成后如果不能满足要求,需要重新设计再进行验第一个问题。证,其结果是导致设计开发周期变长,产品上市时间SoC的设计往往会包含处理器模块,从而使其难以保证,开发费用大大增加。而当需要对原始设更加复杂。如果包含多个处理器构成并行处理系统计进行修改时,固定的ASIC
7、意味着昂贵的重复设的话,复杂程度还会进一步增加。这时,这些处理器计。与ASIC比较起来,可编程逻辑器件(PLD)设计之类的强大功能和高速运算将使得集成后的模块验起来十分灵活、便捷,不仅性能、速度、连接具有优证非常复杂。此外,当SoC采用处理器之类的可编势,而且可以缩短上市时间,再加上PLD是按标准程IP模块后,嵌入式软件的设计也被集成到了SoC器件出产出来的,规模效应使得PLD的成本相对十的设计流程中,这就使得SoC的设计需要软件面临分低廉,故而在半导体领域中PLD呈现出一枝独秀的第二个问题。的增长态势,越来越多地成为系统级芯片设计的首从以上叙述可以看出,为了解
