嵌入式系统芯片的设计问题

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1、2001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集嵌入式系统芯片的设计问题沈绪榜西安徽电子技术研究所，西安，710054摘要本丈主要介绍了系统芯片的由来、VC的可重用设计问题，以及利用VC构成系统芯片的设计重用问题。关位词虚拟构件，可重用设计，系统芯片1系统芯片的由来系统芯片通常是指集成度大于10万门且至少有一个可编程的VC(VirtualComponent)与存储器VC的芯片.一般说来，系统芯片就要是把一个完整的最终产品的主要功能部分集成到一个芯片或一组芯片上。系统芯片是由现代的集成电路工艺技术一一深亚微米技术带来的。现代计算机的发展

2、主要体现在其实现技术芯片的进步上，以及在芯片技术限制下应用研究的算法与软件的进步上，也就是芯片计算机应用领域的不断扩展上。作为芯片制造与应用的桥梁的计算机(芯片)体系结构，也在冯·诺依曼计算机体系结构的基础上从申行计算走向了并行计算。系统芯片主要是由经济性驱动的。我们知道，每一代成功的IC技术都使产品的发展更快，功耗更低，并在一个更小的尺寸上提供更大的能力，这都是以更低的系统成本得到的.以晶体管为基础的芯片的发明及其按照率尔预言的速度发展，才满足了现代计算机得以迅速普及的五个简单而又基本的条件:一是经济性，计算机要很便宜，让更多的人能

3、买得起;二是小型化，人们使用起来方便;三是可靠性，能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行;四是高速度，能够迅速地完成数据计算或数据传输;五是智能性，使人们用起来更习惯，对人们更有使用价值.现代计算机的实现技术基本上就是芯片制造与设计技术，主要体现在加工设备、加工工艺、封装测试、批量生产以及设计创新的能力上加工设备的能力可以从硅圆片的尺寸大小与硅芯片的特征线宽水平来衡最。目前，芯片加工设备正在从200mm硅圆片加工设备向300mm硅圃片加工设备过波。从芯片特征线宽来看，目前0.18-0.25pm芯片已进人批it生产阶段，估计20

4、02年将达到。.13pm，半导体设备厂商正在积极进行努力，研发100n技术的加工设备。人们估计，300mm硅圆片的芯片成本将比200mm的降低30，因此，300mm硅回片的生产线将在本世纪初期一个接一个地出现。就加工工艺的能力来说，芯片厂商不仅在继续缩小芯片的特征线宽，以提高徽处理器、存储器与逻辑器件等单功能芯片的集成度;而且早在开发能在一块芯片上集成多种功能的加工工艺，将应用系统集成在一块芯片上而成为系统芯片(SOC)，以降低芯片成本，使计算机产品能更好地渝足其发展的五个简单而又基本的条件。芯片的成本与体积在很大程度上是由其封装测试

5、带来的。例如MEMS器件的成本约75%要花在封装与测试上，是其商品化的主要障碍。现代计算机的休积的90%是由其管壳封装、印制板安装与机箱集成等三级封装造成的。因此，缩小芯片面积与封装面积之比的封装技术便应运而生。尽管微米技术将要达到它的物理极限，但提高芯片集成度的努力并未就此结束，人们在用半导体互连技术把芯片一层一层至加起来以开发立体芯片，以大幅度地提高芯片的功能密度。据说，美国有家公司使用10种不同的芯片，为美国陆军做成了共有52层的立体芯片系统.由于将系统放到了芯片上，高速和真实世界接口的封装与板级界面使定制的封装设计成了行为标准

6、，而不是作为例外情况。芯片的经济性是通过其批t生产能力实现的。加工工艺技术只有达到批量生产的成熟程度才会产生经济效益，起到改变世界的作用。要浦足计算机迅速发展的五个基本条件，还取决于芯片设计的创新.当集成水平可以把整个系统体系结构的关键部分安排到芯片上时，板级互连层就要集成到芯片上因此，为了满足SOC设计的挑战，需要采用系统通讯的体系结构以及层次式的可重用设计方法学。系统芯片设计包括嵌人式处理器VC，以及许多软件成第一篇主题报告及嵌入式系统技术综述分这就导致其它的方法、处理与组织的挑战。互连线的延迟、时钟与电源的分布，以及数百万门的布

7、局与布线等，是深亚微米技术物理设计的真正挑战。对于芯片设计技术这样一个重要的变化，这里仅想介绍一下VC的可重用设计问题，以及利用VC构成系统芯片的设计重用问题L’2’。2可重用的设计由于芯片制造能力侮年上升fis肠，而已有的设计方法学使芯片设计能力每年只上升21%，使这两种能力之间的差Uri.也就是人们常说的设计鸿沟(designgap)还在扩大。因此现在人们想把基于重用设计方法学发展成为跨越这条鸿沟的桥梁。为h使VC具有可重用性,VC的设计是要按下列重用要求完成的。第一，VC的设计是以易于配置的通川胜17适合F不同应用为目标的。例如

8、，宇节在存储器单元中的存放次序有大端次序与小端次序两种，在处理器VC中就应当同时具有这两种存放次序的能力，以便于与其它VC的配置，形成不同的嵌人式S()C系统。第几，VC的设计是适合于多种工艺技术实现的设计。对于软VC，