SOPC设计应用概述

SOPC的基本特征
至少包含一个嵌入式处理器内核； 具有小容量片内高速RAM资源； 丰富的IP 核资源可供选择； 足够的片上可编程逻辑资源； 处理器调试接口和FPGA编程接口； 可包含部分可编程模拟电路； 单芯片，低功耗，微封装。
SOPC一般构成
典型SOPC系统
SOPC实现方案的优势？
未采用SOPC技术
采用SOPC技术
未采用SOPC技术的实现方案
采用SOPC技术的实现方案
结论？
降低功耗 降低成本 缩小PCB尺寸 可增加新特性 元器件少 不会过时
SOPC实现方案的优势
提供合理的性能组合
1. 多种处理器内核 2. 多种基本外设IP核 3. 可配置的硬件及软件调试特性
提升系统性能
多处理器系统 定制指令 硬件加速
使用了Cyclone和CycloneII的显示器
DLP显示器中的Cyclone FPGA
夜视摄像头
Sony HDD播放器
空客A380中有100多个Altera器件
2008奥运会开幕式画卷显示屏系统
推动SoC发展的因素
市场方面 1. 对集成系统的需求提高 2. 芯片的性能、面积、功耗成为市场关键因素 3. 上市时间(Time to Market)的压力
技术方面 VLSI集成度和工艺水平的提高 计算机性能的大幅度提高 EDA技术和工具的发展 硬件描述语言(HDL)的发展
SOC的优点：
1. ARM AMBA
2. IBM CoreConnect 3. SilicoreWishbone (OpenCores.org) 4. VSIA VCI 5. AlteraAvalon
SOC的实现途径
对于经过验证而有批量的系统芯片，做成 专用集成电路ASIC大量生产；
对于小批量应用或处于开发阶段的SOC， 采用SOPC来实现SOC的功能。
SOPC实现方案的优势
延长产品生命周期 1. 缩短产品上市时间 2. 建立有竞争性的优势 3. 延长产品的生命周期 4. 在产品产量增加的情况下降低成本
SOPC设计工具
基于SOPC的图像处理系统
SOPC
软核（硬 核）处理
器
DSP 滤波
边缘检 测
D源自文库T 变换
卷积
总线
用户逻 辑1
用户逻 辑2
边缘检测设计实例
SOPC？
定义：SOPC (System On a Programmable Chip，可 编程片上系统）技术是指面向单片系统级专用集成电 路设计的计算机技术。 它是利用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上 。SOPC是片上系统（SOC， System On a Chip ），即 由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；同时它又 是可编程系统，可裁减，可扩充，可升级。
IP的标准化
IP的标准化 IP复用技术对IP模块的标准化提出要求 SoC标准化组 织
1. VSIA, Virtual Socket Interface Alliance, 虚拟插件接口联盟 2. http://www.vsi.org 3. VC, Virtual Component, 虚拟元件
片上总线标准
SOC应用的例子
基于MicroBlaze的图像处理系统
DCT 变换
模块
FSL总 线
其它 模块
UART
LMB BRAM 控制器
MicroBlaze BRAM
调试 模块
LMB BRAM 控制器
OPB总 线
CF卡控 制器
FLASH 控制器
DDR SDRAM 控制器
CF卡
FLASH
DDR SDRAM
GPIO
IP的分类
软核，Soft Core 高级语言或HDL代码，可以是RTL描述或行为描述
固核，Firm Core 映射到标准单元库的门级网表，可带有部分的物理设计
信息 硬核，Hard Core 生产验证过的版图和全套工艺文件 IIP，Implementation IP 可用于物理实现的IP VIP，Verification IP 用于验证的IP
降低功耗 SoC中的大量信号在片内传输
减少系统体积 把PCB上的多个芯片集成到一个芯片上
提高速度 芯片内部信号传输距离短
节省成本 IP的复用可以在一定程度上降低成本
丰富系统功能 SoC内部可以集成更多的功能元件和模块
SoC设计的核心技术
设计复用
IP设计，基于IP的系统设计，多IP系统的验证与测 试，IP总线
SOPC系统设计
王玉峰
片上系统概述
System-on-a-Chip, System-on-Chip, SoC 在一个芯片内集成一个完整的系统 在一个芯片上实现 信号采集、转换、存储、处理、I/O等功能，包括嵌入 式软件和整个系统的全部内容 一个芯片中集成一个或多个处理器、大容量内存、总 线结构、外部设备、协处理器、I/O通道等 一种芯片设计技术，包括从确定系统功能开始，到软 硬件划分，并完成设计的整个过程
重点介绍
EDA技术？
EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化） 是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先进的 硬件设计技术！ 是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进的设 计电子系统的软件工具。
EDA技术的范畴？
EDA第三方工具
IP
IP Intellectual Property IP Core，IP核，知识产权核 Macro，宏，宏单元 Block，模块，块 已经设计并通过验证的，具有某种确定功能的模块
IP复用技术是SoC的设计基础
IP复用技术
SoC 设计是一个复杂的过程，如果是从头开始完成芯片 设计，显然将花费大量的人力物力。另外，现在电子 产品的生命期正在不断缩短，这要求芯片的设计可以 在更短的周期内完成。为了加快SoC 芯片设计的速度 ，人们将已有的IC 电路以模块的形式，在SoC 芯片设 计中调用，从而简化芯片的设计，缩短设计时间，提 高设计效率。
软硬件协同设计
软硬件划分，基于硬件的软件结构生成，综合仿真与验证，可测 性设计
超深亚微米集成电路设计
时延驱动逻辑设计，时序综合，低功耗设计，可靠性设计
SoC设计的技术载体
1. 库：IP库，工艺库，系统库 2. 工具：EDA工具，设计语言 3. 流程：方法学，Top Down与Bottom Up的结合