sopc概述总结

1.7 EDA的发展趋势
系统集成芯片成为IC设计的发展方向，这一发展趋势 表现在如下几个方面：
超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，深亚微米
(Deep-Submicron) 工艺，如 0.18μm ， 0.13μm 已经走向成熟，在 一个芯片上完成的系统级的集成已成为可能。 市场对电子产品提出了更高的要求，如必须降低电子系统的 成本，减小系统的体积等，从而对系统的集成度不断提出更高 的要求。 高性能的EDA工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度 不断提高，为嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境。 计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的 SoC 设计提供了 物理基础。
手工设计方法的缺点是： 1)复杂电路的设计、调试十分 困难。 2)如果某一过程存在错误，查 找和修改十分不便。 3)设计过程中产生大量文档， 不易管理。 4)对于集成电路设计而言，设 计实现过程与具体生产工艺直 接相关，因此可移植性差。 5)只有在设计出样机或生产出 芯片后才能进行实测。 EDA技术有很大不同： 1)采用硬件描述语言作为设计输入。 2)库(Library)的引入。 3)设计文档的管理。 4)强大的系统建模、电路仿真功能。 5)具有自主知识产权。 6) 开发技术的标准化、规范化以及 IP 核的可利用性。 7) 适用于高效率大规模系统设计的自 顶向下设计方案。 8) 全方位地利用计算机自动设计、仿 真和测试技术。 9) 对设计者的硬件知识和硬件经验要 求低。 10)高速性能好。 11)纯硬件系统的高可靠性。
硬件DSP模块
VGA接口
RS232接口电路 PS2键盘接口 Ethernet接口 PS2鼠标接口
并行接口
LED接口
LCD接口
A/D接口
D/A接口
PS/2键盘/ 鼠标接口
SOPC系统设计
基于EDA技术 的FPGA基本 设计
+
DSP技术及 DSP系统设计
嵌入式系 统设计
+
单片机系 统设计
+
1.2 EDA技术实现目标
Signal Compiler ◆设计转换
◆综合
（后台调用） ◆编译/布局布线 （后台调用）
宽带天线
基站天线
软件无线电
RF射频转换
宽带A/D D/A转换
射频 中频
IF数字中频处理
IF数字中频处理
基带 控制协议 全部数字 化处理
解调
调制
数字流处理
数字流处理
用户网络/数字接口
用户
窄带A/D D/A/用户终端
Simulink 系统建模、 仿真
现代DSP设计技术-Matlab/Simulink(2)
系统仿真结果
现代DSP设计技术-Signal Compiler(1)
转换为VHDL VHDL综合
Signal Compiler
◆设计转换
◆综合 ◆编译/布局布线
Quartus II编译
现代DSP技术-Signal Compiler(2)
1.4 VHDL综合
设计过程中的每一步都可称为一个综合环节 从自然语言转换到 VHDL语言算法表示，即自然语言综 合； 从 算 法 表 示 转 换 到 寄 存 器 传 输 级 (Register Transport Level，RTL)，即从行为域到结构域的综合，即行为综合； RTL 级表示转换到逻辑门 ( 包括触发器 ) 的表示，即逻辑 综合； 从逻辑门表示转换到版图表示 (ASIC 设计 ) ，或转换到 FPGA的配置网表文件，可称为版图综合或结构综合。有 了版图信息就可以把芯片生产出来了。有了对应的配置文 件，就可以使对应的 FPGA变成具有专门功能的电路器件。
编译器和综合功能比较
C、ASM... 程序 软件程序编译器 COMPILER
（a）软件语言设计目标流程
CPU指令/数据代码： 010010 100010 1100
VHDL/VERILOG. 程序
硬件描述语言 综合器 SYNTHESIZER
为ASIC设计提供的 电路网表文件
（b）硬件语言设计目标流程
第1章
概
述
1.1 EDA技术及其发展
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展， 突出表现在以下几个方面：
使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达
和确认成为可能；
在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强
大的EDA软件不断推出。
电子技术全方位纳入EDA领域； EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为
注：以上三种系统可统称为片上系统，但是却存在一定区别：后两
种更强调其可编程性能。
SOC
其他接 口模块
ARM/ POWER PC等
EDA设计流程与传统技术设计流程比较
现代电子系统设计流程
方案论证与系统级构建 独立于硬件的系统行为评估和设计 。系统仿真：包括系统级的硬件设 计与仿真，软件设计与仿真
传统电子系统设计流程
习题一
习题1-1 简述EDA技术的发展历程？EDA技术的核心内容是 什么？ 习题1-2 EDA技术与ASIC设计和FPGA开发有什么关系？ 习题1-3 与软件描述语言相比，VHDL有什么特点？ 习题1-4 什么是综合？有那些类型？综合在电子设计自动化 中的地位是什么？ 习题1-5 在EDA技术中，自顶向下的设计方法的重要意义是 什么？ 习题1-6 IP在EDA技术的应用和发展中的意义是什么？ 习题1-7 与DSP处理器相比，用FPGA来实现数字信号处理的 功能有那些优缺点？
嵌入式逻辑分析仪应用
PC机
系统设计文件 + 嵌入式逻辑分析仪核
通过“PS”口或 “JTAG”口向FPGA下 载 通过“JTAG”口将FPGA中的 实时信号送往PC机显示
JTAG端口
应用系统上的FPGA
FPGA的两种常用的标准下载配置技术
1、Passive Serial Mode
2、Active Serial Mode
混合 ASIC 设计
SOPC
NIOS ARM UART
Ethernet Interface
PCI
USB
RAM/ROM FIFO
SDRAM CONTROL
Multiply Unit
PLLs
JPEG CPL
FIR，IIR，FFT
VGA
PS2
DSP Blocks
应用系统
SOPC
通用I/O口
USB控制器
自 底 向 上 的 设 计 流 程
软件设计与调试。 SOFTWEAR DEBUGERRING
方案论证，与算法确定
系统设计完成
1.2 EDA技术实现目标
作为EDA技术最终实现目标的ASIC，通过三种途径来完成：
EDA技术 ASIC设计
SOPC/SOC FPGA/CPLD 可编程ASIC 设计 门阵列 （MPGA）； 标准单元 （CBIC）； 全定制； （FCIC）； ASIC设计
DSP设计技术演进(3)
数字信号处理器（DSP）
如TI公司的TMS320系列。
适用于语音处理、窄带通信、低速 图像处理。 优点：速度快、软件实现、灵活性高、 便于实现复杂算法
缺点：实时性差（但在多数情况下满足 要求。也推出了高
性能的DSP，如TI的C6x系列）
DSP设计技术演进(4)
超大规模可编程硬件实现（FPGA）
补充内容
现代DSP
技术简介
DSP设计技术演进(1)
专用数字信号处理机
数字信号处理器DSP
超大规模可编程硬件实现
DSP设计技术演进(2)
专用数字信号处理机（早期） 如FFT机，只适用于某一特定的信号处理 应用。 优点：速度快、实时性强 缺点：系统规模小、通用性差、电路不灵 活；无法面向用户，按照用户的要求改变 设 计结构，和功能特性
包容；
1.1 EDA技术及其发展
更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出； 基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模
电子系统及IP核模块；
软硬件 IP 核在电子行业的产业领域、技术领域和
设计应用领域得到进一步确认；
SoC高效低成本设计技术的成熟。
SoC： SYSTEM ON A CHIP 片上系统 SoPC： SYSTEM ON A PROGAMMABLE CHIP 可编程片上系统 CSoC： CONFIGURABLE SYSTEM ON A CHIP 片上可配置系统
大规模FPGA
嵌入式Bios
固体硬盘
UART FIFO
Flash ROM
内存
嵌入式ROM
嵌入式RAM
RS232
立体声输 出接口 CAN控制器 DMA VGA控制器
Nios嵌入式 系统IP软核
浮点算术协处理器
SRAM
嵌入式FIFO
内存
SDRAM 控制模块
SDRAM
图象或语音 采样接口
PIC接口
内部时钟
•DSP设计新工具-DSP Builder(2) DSP Builder提供了从MATLAB/Simulink、VHDL综合、 VHDL仿真、FPGA实现的统一的库支持。使仿真验证与设计 最大程度的简化。 DSP Builder支持完全基于IP Core的设计。除了数字信号处理 所需要的绝大多数的Core之外，还支持Altera公司的其它 MegaCore，使设计更为容易。 支持的MegaCore如下： ◇ FFT Compiler ◇ FIR Compiler ◇ IIR Compiler ◇ NCO Compiler ◇ Reed-Solomon Compiler ◇ Symbol Interleaver/Deinterleaver ◇ Viterbi Compiler
•DSP设计新工具-DSP Builder(1)
Altera公司DSP Builder，支持Altera公司超大规模FPGA，整 合了整个DSP设计与实现的流程。主要包含： 1、MATLAB/Simulink仿具库支持、 2、Simulink模型到VHDL的设计转换支持、设计的VHDL综 合、 3、ModelSim VHDL仿真库支持、 4、FPGA的后端布局布线。通过Signal Compiler，DSP Builder将MATLAB/Simulink系统仿真、VHDL综合器、 Quartus II工具紧密结合在一起，大大简化了DSP的设计与 实现流程，具有划时代的意义。
如Altera公司的APEX、APEX II、Stratix系列等，开 发工具包为DSP Builder。 适用于宽带通信、高速图像处理。 优点：速度最快、可编程逻辑实现、灵活性高、实时性强 缺点：同DSP软件相比，实现相同算法需要更高成本。 但在高速、实时性要求的应用中，如软件无线电的 数字中频处理中，已成为必不可少、非此莫属了！
1. 超大规模可编程逻辑器件 2. 半定制或全定制ASIC
3. 混合ASIC
1.3 硬件描述语言VHDL
硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分，VHDL是 作为电子设计主流硬件的描述语言。 VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，能从多个 层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设 计任务，提高了设计效率和可靠性。 用VHDL进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者 可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响功能 的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。
1.5 基于VHDL的自顶向下设计方法
自顶向下的设计流程:
1．设计说明书 5．前端功能仿真 9．结构综合
2．建立VHDL行为模型
6．逻辑综合
10．门级时序仿真
3．VHDL行为仿真
7．测试向量生成
11．硬件测试
4．VHDL-RTL级建模
8．功能仿真
12．设计完成
1.6 EDA与传统电子设计方法的比较
系统设计完成，或系统中 的某一模块实际完成
自 顶 向 下 的 设 计 流 程
Βιβλιοθήκη Baidu
将硬件系统设计文件转换成可综合 （RTL）硬件描述语言（HDL）。 进行功能仿真
硬件系统测试与调试
将硬件描述语言转换成标准网表 文件，如EDIF、VHDL、Verilog等 软件设计与调试。 SOFTWEAR DEBUGERRING 通过结构综合或适配（芯片内的布线 布局），将标准网表文件转换成芯片 下载文件。进行时序仿真 根据方案和系统指标选购硬件，并设 计电路板，即硬件系统实际 硬件系统实现。硬件系统测试与调试 HARDWEAR DEBUGERRING
现代DSP设计技术-DSP Builder设计流程
系统设计、系统仿真 Matlab/Simulink 将设计转换为HDL Signal Compiler HDL逻辑综合 Synplify/Leonardo Spectrum FPGA实现 Quartus II
现代DSP设计技术-Matlab/Simulink(1)