SoC技术原理与应用

（3）软/硬件协同设计、仿真及验证技术
SoC芯片的规模往往远大于普通的AISC，软件的比例 逐渐提高，上市时间越来越短，同时由于前述在深亚微米 工艺带来的设计困难，都将使得SoC设计的复杂度大大提 高。在芯片设计中，仿真与验证是芯片设计流程中最复杂、 最耗时的环节，约占整个芯片开发周期的50%~80%。在复 杂SoC设计中，不能用传统的方法来验证。由于SoC的规模 一般比较大，如果用传统方法进行验证，将导致漫长的研 发周期使产品错过最佳的市场时机。同时，在SoC的验证 中，不仅要保证单个模块的功能得到完全验证，同时还要 从系统的角度，对整个芯片做软 /硬件的协同验证 （Coverification），保证SoC芯片功能得到充分验证。因此，软 / 硬 件 协 同 设 计 、 仿 真 及 验 证 （ Software-Hardware Codesign/Co-simulation/Co-verification） 可 使 软 / 硬 件 开 发 同 步进行，及时发现并纠正问题，因而在SoC芯片及电子产 品系统设计中得到广泛的使用。
重要方向。
5.2、 SoC技术的关键内容
集成电路的不断发展，从根本上保证了集成系统 性能和性价比的不断提高，这是因为MOS沟道长度缩 小可以提高IC的速度，同时缩小MOS沟道长度和宽度 可以减少器件尺寸，提高集成度，从而在芯片上集成 更多数目的晶体管，将结构复杂、性能更加完善的电 子系统集成在一个芯片上，使SoC技术得以实现，使 系统的速度、可靠性大大提高，价格大幅下降。由于 片内信号延迟总小于芯片间的信号延迟，器件尺寸缩 小后，即使器件本身的性能没有提高，整个系统的性
与一般的IC设计不同，SoC不是简单地将过去的设 计在同一个芯片上简单的集成，需要考虑许多新的技 术问题，目前围绕SoC芯片的开发展开了多环节、多 学科领域技术的研究，这些统称为SoC关键技术。下 面对这些技术分别加以阐述。
（1） SoC芯片系统设计方法
由于SoC芯片的复杂度大大提高，以及IC产业链 向分工逐步细化的方向发展等原因，传统的IC自下向 上（Down-to-Top）方法已不适合SoC芯片的设计。目 前业界推崇使用自上而下（Top-to-Down）的SoC设计 方法，但Top-to-Down是一种理想化的系统设计方法， 其相关的支撑技术还处在不断发展和完善的过程中， 因而在芯片的实际研发时，根据具体情况需要灵活使 用Top-to-Down方法。
建立在IP核基础上的SoC芯பைடு நூலகம்设计技术，使设计从电路设计 转向了系统设计，设计的重心将从今天的逻辑综合、门级布局布 线、电路模拟转向系统级模拟和软/硬件联合仿真/验证以及若干IP 核组合在一起的物理设计，同时，使得SoC设计向两极分化：一 方面是系统级设计，利用IP核设计高性能、复杂的专用系统芯片； 另一方面是在超深亚微米条件下IP核的研制，其中包括从最基本 的单元电路到具有一定规模的MPU、MCU以及CPU核的物理层 设计，使IP核的性能更好并可预测。
（2）使用C语言进行系统建模或算法级仿真
在IC设计时，HDL使用频率最高。但现在HDL只 能进行行为级（功能级）或RTL描述，还无法对复杂 系统抽象描述。C/C++语言具有灵活、移植性好、普 及率高、可重复性好和模拟能力强等优点，并可交叉 编译到MPU或DSP中，进行实时评估，可以为结构、 验证和实现工程师提供统一平台。使用C/C++语言进 行SoC系统建模或算法级仿真，将C/C++直接转换为 EDA工具可接受的HDL，并在硅片上实现及验证等问 题成为SoC技术领域研究的热点，其主要代表有 System C、System Verilog、OCAPI、Spec C、 Handle C等。目前研究的主要问题有：将浮点C/C++ 语言设计转换为定点描述，建立可综合的HDL；进行 硬件系统架构/软件的折衷调整，配置资源，将操作分 摊给这些资源，操作调度，以确定最佳程度的资源共 享，以及最近出现的交互式系统架构综合等。
基于SoC的设计方法学代表了一种“参数化的SoC 设计方法”，在这种方法中，开发一个应用时，首先 选择一个已存在的参考设计，包含MPU核等模块，然 后设置这些部件的可编程部分（如写软件或调整参数 值），接着执行设计，验证功能，最后产生最终的 SoC芯片。由于SoC在体积、功耗、性能、功能、可 靠性等方面具有优势，是嵌入式系统今后发展的一个
IP的嵌入式系统设计方法学。
目前随着IP模块应用的日益深入，相应的标准化工作也已提 上日程。1996年以后，RAPID（Reusable APplicatin-specific Intellectual-property Developers）、VSIA（Virtual Socket Interface Alliance）等组织相继成立，协调并制订IP复用所需的 参数、文档、检验方式等形式化的标准，以及IP标准接口、片内 总线等技术性的标准。虽然这些工作已经开展了几年，也制订了 一些标准，但至今仍有大量问题需要解决，如不同嵌入式处理器 协议的统一、不同IP片内结构的统一等，都是十分复杂的问题。
能也会大幅提高。
可见，SoC是集成电路技术发展到深亚微米时代 的 必 然 产 物 和 未 来 IC 发 展 的 趋 势 。 但 必 须 认 识 到 Moore定律是一面双刃剑，一方面IC密度的成倍增加， 使更多的产品功能、更好的性能得以实现，从而使产 品具有更大的优势，最终使掌握高密度IC或SoC设计 技术的国家和企业占得更大的市场份额；另一方面， 采用传统的EDA工具、IC设计方法和方式，难以完成 上亿个晶体管密度IC或SoC的开发。因此，呼吁新的 IC或SoC开发模式。
第五章 SoC设计与测试
❖ 主要内容 ❖ 引言 ❖ SoC技术的关键内容 ❖ SoC设计方法 ❖ SoC建模语言SystemC ❖ SoC设计工具 ❖ SoC测试
5.1、引言
SoC是系统级集成，将构成一个系统的软/硬件集 成在一个单一的IC芯片里，它一般包含片上总线、 MPU核、SDRAM/DRAM、FLASH ROM、DSP、A/D、 D/A、RTOS内核、网络协议栈、嵌入式实时应用程序 等模块，同时，它也具有外部接口，如外部总线接口 和I/O端口。通常，SoC中包含的一些模块是经过预先 设计的系统宏单元部件（Macrocell）或核（Cores） ， 或者例程（Routines），称为IP模块，这些模块都是 可配置的，因此，基于SoC的设计方法学也称为基于