系統(tǒng)芯片SOC設(shè)計(jì)-文檔資料

1、第八章第八章 系統(tǒng)芯片系統(tǒng)芯片SOC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)SoC概述概述lSoC是系統(tǒng)級(jí)集成，將構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的軟/硬件集成在一個(gè)單一的IC芯片里。l它一般包含片上總線、MPU核、SDRAM/DRAM、FLASH ROM、DSP、A/D、D/A、RTOS內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用程序等模塊，同時(shí)，它也具有外部接口，如外部總線接口和I/O端口。通常，SoC中包含的一些模塊是經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的系統(tǒng)宏單元部件（Macrocell）或核（Cores） ，或者例程（Routines），稱為IP模塊，這些模塊都是可配置的。SoC概述概述l以超深亞微米VDSM（Very Deep Sub Micron）工藝和知識(shí)產(chǎn)權(quán)IP

2、（Intellectual Property）核復(fù)用（Reuse）技術(shù)為支撐。l是當(dāng)今超大規(guī)模集成電路的發(fā)展趨勢(shì)，也是21世紀(jì)集成電路技術(shù)的主流，為集成電路產(chǎn)業(yè)提供了前所未有的廣闊市場(chǎng)和難得的發(fā)展機(jī)遇。l設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者面對(duì)的不再是電路芯片；而是能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的IP模塊庫(kù)。l設(shè)計(jì)不能一切從頭開(kāi)始，要將設(shè)計(jì)建立在較高的基礎(chǔ)之上，利用己有的IP芯核進(jìn)行設(shè)計(jì)重用。l建立在IP芯核基礎(chǔ)上的系統(tǒng)級(jí)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，使設(shè)計(jì)方法從傳統(tǒng)的電路級(jí)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)?；靖拍罨靖拍頻系統(tǒng)芯片：將一個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)部分集成在一個(gè)芯片上系統(tǒng)芯片：將一個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)部分集成在一個(gè)芯片上l廣義：將信息獲取、處理、存儲(chǔ)、交換甚至執(zhí)行

3、功能集廣義：將信息獲取、處理、存儲(chǔ)、交換甚至執(zhí)行功能集成成l狹義：將信息處理、存儲(chǔ)、交換等功能集成狹義：將信息處理、存儲(chǔ)、交換等功能集成 單芯片藍(lán)牙SoC系統(tǒng)框架圖l特征：特征： 含有實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的含有實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的VLSI 使用嵌入式使用嵌入式CPU和和DSP 采用采用IP核進(jìn)行設(shè)計(jì)核進(jìn)行設(shè)計(jì) 采用采用VDSM技術(shù)技術(shù) 具有從外部對(duì)芯片編程的功能具有從外部對(duì)芯片編程的功能lSOC三大支撐技術(shù)：三大支撐技術(shù)： 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù) IP設(shè)計(jì)和復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)和復(fù)用技術(shù) 超深亞微米設(shè)計(jì)技術(shù)超深亞微米設(shè)計(jì)技術(shù)IP:Intellectual PropertylIP: 具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的經(jīng)過(guò)驗(yàn)

4、證、性能優(yōu)化、可以被復(fù)用具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、性能優(yōu)化、可以被復(fù)用的功能模塊或子系統(tǒng)。的功能模塊或子系統(tǒng)。lIP核，核，IP模塊，系統(tǒng)宏單元，虛擬部件模塊，系統(tǒng)宏單元，虛擬部件lIP復(fù)用：對(duì)系統(tǒng)中的有些模塊直接用現(xiàn)成的復(fù)用：對(duì)系統(tǒng)中的有些模塊直接用現(xiàn)成的IP來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)SOC與集成電路設(shè)計(jì)的區(qū)別與集成電路設(shè)計(jì)的區(qū)別l采用采用IP設(shè)計(jì)方法，提高產(chǎn)能設(shè)計(jì)方法，提高產(chǎn)能l軟硬件同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試軟硬件同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試l不同系統(tǒng)兼容不同系統(tǒng)兼容l集成度高，設(shè)計(jì)驗(yàn)證難集成度高，設(shè)計(jì)驗(yàn)證難lVDSM技術(shù)的采用使設(shè)計(jì)從面相邏輯轉(zhuǎn)向面相互聯(lián)技術(shù)的采用使設(shè)計(jì)從面相邏輯轉(zhuǎn)向面相互聯(lián)lEDA工具還未成熟工具還未成熟

5、l集成嵌入式軟件集成嵌入式軟件l系統(tǒng)芯片：通過(guò)系統(tǒng)芯片：通過(guò)IP核復(fù)用來(lái)提高設(shè)計(jì)產(chǎn)能，通過(guò)系核復(fù)用來(lái)提高設(shè)計(jì)產(chǎn)能，通過(guò)系統(tǒng)集成來(lái)涵蓋不同的技術(shù)，進(jìn)行混合技術(shù)設(shè)計(jì)，包統(tǒng)集成來(lái)涵蓋不同的技術(shù)，進(jìn)行混合技術(shù)設(shè)計(jì)，包括嵌入式、高性能或低功耗邏輯、模擬、射頻等技括嵌入式、高性能或低功耗邏輯、模擬、射頻等技術(shù)的集成。術(shù)的集成。2. SOC設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程l要求要求系統(tǒng)描述系統(tǒng)描述l設(shè)計(jì)高層次算法級(jí)模型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)高層次算法級(jí)模型，驗(yàn)證l對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件劃分，定義接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件劃分，定義接口l進(jìn)行軟硬件協(xié)同仿真驗(yàn)證進(jìn)行軟硬件協(xié)同仿真驗(yàn)證l對(duì)硬件進(jìn)一步劃分成數(shù)個(gè)宏單元，并集成驗(yàn)證對(duì)硬件進(jìn)一步劃分成數(shù)個(gè)宏單

6、元，并集成驗(yàn)證l系統(tǒng)集成，驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)集成，驗(yàn)證測(cè)試嵌入式系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)過(guò)程 l軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)：軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)： 實(shí)際上就是一個(gè)系統(tǒng)的軟件部分、硬件部分協(xié)同開(kāi)發(fā)實(shí)際上就是一個(gè)系統(tǒng)的軟件部分、硬件部分協(xié)同開(kāi)發(fā)的過(guò)程。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮系統(tǒng)軟硬件部分的過(guò)程。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮系統(tǒng)軟硬件部分之間的相互作用以及探索它們之間的權(quán)衡劃分，實(shí)之間的相互作用以及探索它們之間的權(quán)衡劃分，實(shí)際的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)覆蓋設(shè)計(jì)過(guò)程中的許多問(wèn)題，際的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)覆蓋設(shè)計(jì)過(guò)程中的許多問(wèn)題，包括系統(tǒng)說(shuō)明與建模、異構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同仿真、軟硬包括系統(tǒng)說(shuō)明與建模、異構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同仿真、軟硬件劃分、系統(tǒng)驗(yàn)證、編譯、軟硬件集成、界面生

7、成、件劃分、系統(tǒng)驗(yàn)證、編譯、軟硬件集成、界面生成、性能與花費(fèi)評(píng)估、優(yōu)化等，其中軟硬件劃分是協(xié)同性能與花費(fèi)評(píng)估、優(yōu)化等，其中軟硬件劃分是協(xié)同設(shè)計(jì)中最主要的挑戰(zhàn)，它直接影響最后產(chǎn)品的性能設(shè)計(jì)中最主要的挑戰(zhàn)，它直接影響最后產(chǎn)品的性能與價(jià)格。與價(jià)格。3. SOC關(guān)鍵技術(shù)和問(wèn)題關(guān)鍵技術(shù)和問(wèn)題l軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 軟硬件劃分，協(xié)同指標(biāo)定義，協(xié)同分析，協(xié)同模擬，軟硬件劃分，協(xié)同指標(biāo)定義，協(xié)同分析，協(xié)同模擬，協(xié)同驗(yàn)證，接口綜合協(xié)同驗(yàn)證，接口綜合l在進(jìn)行軟硬件劃分時(shí)，通常有兩個(gè)主要的任務(wù)：第在進(jìn)行軟硬件劃分時(shí)，通常有兩個(gè)主要的任務(wù)：第一，分配（一，分配（allocation），），也就是選擇系統(tǒng)部件的

8、過(guò)也就是選擇系統(tǒng)部件的過(guò)程，包括選擇系統(tǒng)部件的類型、確定每種類型的數(shù)程，包括選擇系統(tǒng)部件的類型、確定每種類型的數(shù)量；第二，劃分（量；第二，劃分（partitioning），），在選擇的部件上在選擇的部件上分配系統(tǒng)的功能，也就是把系統(tǒng)的功能進(jìn)行合理的分配系統(tǒng)的功能，也就是把系統(tǒng)的功能進(jìn)行合理的分塊，使每一塊映射到相應(yīng)合理的部件上。這兩個(gè)分塊，使每一塊映射到相應(yīng)合理的部件上。這兩個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)必須滿足設(shè)計(jì)限制集，包括花費(fèi)、性能、設(shè)計(jì)任務(wù)必須滿足設(shè)計(jì)限制集，包括花費(fèi)、性能、尺寸、功能、向后兼容等。尺寸、功能、向后兼容等。 SOC建模語(yǔ)言建模語(yǔ)言SystemC SystemC: :一種軟硬件聯(lián)合建模語(yǔ)言一

9、種軟硬件聯(lián)合建模語(yǔ)言在在1999年年11月，以月，以Synopsys、CoWare、Froniter Design、ARM、Cygnus Solution、Ericsson、Fujitsu、Infineon、Lucent Technologies、Sony、ST Microelectronics、Taxas Instruments等為代表的、世界上最主要的等為代表的、世界上最主要的EDA工具開(kāi)發(fā)商、工具開(kāi)發(fā)商、IP供供應(yīng)商、半導(dǎo)體廠家、系統(tǒng)和嵌入式軟件公司聯(lián)合宣布成應(yīng)商、半導(dǎo)體廠家、系統(tǒng)和嵌入式軟件公司聯(lián)合宣布成立立OSCI（Open SystemC Initiative），），共同合作開(kāi)共同

10、合作開(kāi)發(fā)一種發(fā)一種C+建模平臺(tái)，即建模平臺(tái)，即SystemC，它是一種開(kāi)放的它是一種開(kāi)放的語(yǔ)言。語(yǔ)言。 OSCI仿照仿照Linux 形式將形式將SystemC 的源代碼在的源代碼在Web 網(wǎng)上網(wǎng)上公開(kāi)供用戶免費(fèi)下載，用戶可以用這些源代碼和編譯器開(kāi)發(fā)自己公開(kāi)供用戶免費(fèi)下載，用戶可以用這些源代碼和編譯器開(kāi)發(fā)自己的模型，并與其他用戶共享。認(rèn)同開(kāi)放式的模型，并與其他用戶共享。認(rèn)同開(kāi)放式SystemC 的公司還包的公司還包括括Actel、Alcatel、Altera、American Applied Research、ARC Cores、C0-Design Automation、Integrated S

11、ilicon Systems、Intellectrual Property、MIPS Technologies、Simulation Magic、Summit Design、Sun Microsystems、Viewlogic Systems、Xilinx等全球著名公司，這些公司都認(rèn)為等全球著名公司，這些公司都認(rèn)為SystemC 是一種很好的硬件軟件聯(lián)合設(shè)計(jì)語(yǔ)言。是一種很好的硬件軟件聯(lián)合設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Ericsson 公司公司微電子部主任微電子部主任Jan-Olof Kismalm 說(shuō)：說(shuō)：“通信系統(tǒng)的復(fù)雜性在不通信系統(tǒng)的復(fù)雜性在不斷地增加而新的系統(tǒng)卻要求以更短的時(shí)間推向市場(chǎng)為了以最短的斷地增加而

12、新的系統(tǒng)卻要求以更短的時(shí)間推向市場(chǎng)為了以最短的時(shí)間開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的產(chǎn)品，需要我們采用單一的語(yǔ)言描述復(fù)雜的行時(shí)間開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的產(chǎn)品，需要我們采用單一的語(yǔ)言描述復(fù)雜的行為和為和 IP，我們相信我們相信SystemC 可以幫助我們以更好的方法描述我可以幫助我們以更好的方法描述我們的系統(tǒng)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程的初始階段進(jìn)行有效的硬件軟件聯(lián)合設(shè)們的系統(tǒng)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程的初始階段進(jìn)行有效的硬件軟件聯(lián)合設(shè)計(jì)。這可以大大縮短我們開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間計(jì)。這可以大大縮短我們開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間”。Kismalm 先生的先生的話表達(dá)了世界上眾多公司歡迎話表達(dá)了世界上眾多公司歡迎SystemC 的原因。的原因。 C+編程語(yǔ)言是目前比較流行的計(jì)算

13、機(jī)語(yǔ)言之一，已被系編程語(yǔ)言是目前比較流行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一，已被系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件工程師和軟件工程師廣泛使用，但卻不能準(zhǔn)確地描述統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件工程師和軟件工程師廣泛使用，但卻不能準(zhǔn)確地描述硬件建模的概念。軟件算法和接口規(guī)范用硬件建模的概念。軟件算法和接口規(guī)范用C或或C+語(yǔ)言寫(xiě)成，語(yǔ)言寫(xiě)成，C+程序描述了系統(tǒng)的行為，提供了緊湊、有效的系統(tǒng)描述所必程序描述了系統(tǒng)的行為，提供了緊湊、有效的系統(tǒng)描述所必需的控制和調(diào)用數(shù)據(jù)。由于大多數(shù)設(shè)計(jì)者對(duì)于這些語(yǔ)言都很熟悉，需的控制和調(diào)用數(shù)據(jù)。由于大多數(shù)設(shè)計(jì)者對(duì)于這些語(yǔ)言都很熟悉，并且有很大數(shù)量的開(kāi)發(fā)工作都與之相關(guān)聯(lián)，因而可利用資源比較并且有很大數(shù)量的開(kāi)發(fā)工作都與之相關(guān)聯(lián)，因而

14、可利用資源比較豐富。豐富。 在在C+語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，SystemC提供了一種擴(kuò)展提供了一種擴(kuò)展C+類庫(kù)類庫(kù)進(jìn)行硬件建模的方法和途徑，不需要增加進(jìn)行硬件建模的方法和途徑，不需要增加C+語(yǔ)言新的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，語(yǔ)言新的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，它既是一個(gè)它既是一個(gè)C+類庫(kù)又是一種設(shè)計(jì)方法，可以有效地創(chuàng)建軟件精類庫(kù)又是一種設(shè)計(jì)方法，可以有效地創(chuàng)建軟件精確算法和硬件結(jié)構(gòu)模型，以及確算法和硬件結(jié)構(gòu)模型，以及SoC與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接口，可以在系與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接口，可以在系統(tǒng)級(jí)、行為描述級(jí)和統(tǒng)級(jí)、行為描述級(jí)和RTL級(jí)支持系統(tǒng)和硬件建模。同時(shí)，允許設(shè)級(jí)支持系統(tǒng)和硬件建模。同時(shí)，允許設(shè)計(jì)者繼續(xù)使用所熟悉的計(jì)者繼續(xù)使用所熟悉的C

15、+語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)工具。語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)工具。 SystemC由一組由一組C+類庫(kù)組成，是一種可描述硬件和軟件類庫(kù)組成，是一種可描述硬件和軟件的系統(tǒng)建模語(yǔ)言。它提供了一個(gè)支持硬件描述的類庫(kù)和一個(gè)解釋的系統(tǒng)建模語(yǔ)言。它提供了一個(gè)支持硬件描述的類庫(kù)和一個(gè)解釋硬件描述的調(diào)度器，并從硬件描述的調(diào)度器，并從C+繼承了對(duì)軟件的描述能力。用戶可繼承了對(duì)軟件的描述能力。用戶可使用使用SystemC對(duì)對(duì)SOC進(jìn)行描述，然后使用一般進(jìn)行描述，然后使用一般C+編譯器及連編譯器及連接器（如接器（如Microsoft Visual C+、Borland C+和和GNU GCC等）對(duì)等）對(duì)SystemC描述、調(diào)度器和相關(guān)的硬件類庫(kù)進(jìn)

16、行編譯、鏈接，描述、調(diào)度器和相關(guān)的硬件類庫(kù)進(jìn)行編譯、鏈接，能夠產(chǎn)生可執(zhí)行的系統(tǒng)描述。能夠產(chǎn)生可執(zhí)行的系統(tǒng)描述。 就就SOC本身而言，它解決了系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)，本身而言，它解決了系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)，SystemC功能之所以強(qiáng)大，在于它可以作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、軟件工功能之所以強(qiáng)大，在于它可以作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、軟件工程師和硬件工程師的共同語(yǔ)言。程師和硬件工程師的共同語(yǔ)言。SystemC允許允許IP模型的復(fù)用，模型的復(fù)用，可共用工具的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境創(chuàng)建，完成從概念到實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程?？晒灿霉ぞ叩募砷_(kāi)發(fā)環(huán)境創(chuàng)建，完成從概念到實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程。同時(shí)，同時(shí)，Verilog和和VHDL語(yǔ)言的語(yǔ)言的RTL級(jí)描述

17、，現(xiàn)在也可以用級(jí)描述，現(xiàn)在也可以用SystemC在在SoC設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。 SystemC通過(guò)在通過(guò)在C+中增加了一個(gè)新類庫(kù)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)中增加了一個(gè)新類庫(kù)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)C+的擴(kuò)充，這個(gè)新擴(kuò)充的類庫(kù)主要用來(lái)描述硬件模型的特性，的擴(kuò)充，這個(gè)新擴(kuò)充的類庫(kù)主要用來(lái)描述硬件模型的特性，擴(kuò)充的內(nèi)容包括：擴(kuò)充的內(nèi)容包括：（1 1） 類模板類模板SC-module：其作用相當(dāng)于其作用相當(dāng)于VHDL語(yǔ)言的設(shè)計(jì)實(shí)體語(yǔ)言的設(shè)計(jì)實(shí)體ENTITY，由它構(gòu)成系統(tǒng)模型的基本劃分單元。我們可以將硬件由它構(gòu)成系統(tǒng)模型的基本劃分單元。我們可以將硬件劃分為許多設(shè)計(jì)實(shí)體，每一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體作為一個(gè)劃分為許多設(shè)計(jì)實(shí)體，每一個(gè)設(shè)計(jì)

18、實(shí)體作為一個(gè)SC-module，每個(gè)每個(gè)SC-module包括端口、構(gòu)造函數(shù)、數(shù)據(jù)成員、子模塊和進(jìn)包括端口、構(gòu)造函數(shù)、數(shù)據(jù)成員、子模塊和進(jìn)程等描述。程等描述。（2 2） 函數(shù)函數(shù)Process進(jìn)程：用于處理并發(fā)機(jī)制，包括進(jìn)程：用于處理并發(fā)機(jī)制，包括SC-module、SC-thread和和SC-cthread。它可以實(shí)現(xiàn)硬件功能的仿真，可以它可以實(shí)現(xiàn)硬件功能的仿真，可以被激活和掛起（由系統(tǒng)對(duì)被激活和掛起（由系統(tǒng)對(duì)C+多線程的調(diào)度能力實(shí)現(xiàn)）。多線程的調(diào)度能力實(shí)現(xiàn)）。SystemC提供了進(jìn)程對(duì)提供了進(jìn)程對(duì)clock、event和和wait語(yǔ)句的敏感和掛起語(yǔ)句的敏感和掛起機(jī)制，同時(shí)支持周期仿真機(jī)制。

19、機(jī)制，同時(shí)支持周期仿真機(jī)制。（3 3） Clock時(shí)鐘：用于處理硬件的定時(shí)特性。時(shí)鐘：用于處理硬件的定時(shí)特性。（4 4） 支持決斷和非決斷類型。支持決斷和非決斷類型。（5 5） 支持支持C+本身所有的數(shù)據(jù)類型，還定義了一些方便硬件仿真本身所有的數(shù)據(jù)類型，還定義了一些方便硬件仿真的數(shù)據(jù)類型。的數(shù)據(jù)類型。（6 6） 等待和觀察機(jī)制，用來(lái)處理重激發(fā)行為。等待和觀察機(jī)制，用來(lái)處理重激發(fā)行為。（7 7） 多重設(shè)計(jì)層次的描述能力，具有對(duì)系統(tǒng)級(jí)到多重設(shè)計(jì)層次的描述能力，具有對(duì)系統(tǒng)級(jí)到RTL級(jí)的多層次級(jí)的多層次描述能力，并且支持不同設(shè)計(jì)層次之間的混合描述及通信能力。描述能力，并且支持不同設(shè)計(jì)層次之間的混合描述

20、及通信能力。為此，增加了模塊、端口、信號(hào)等描述，用于處理層次機(jī)制。為此，增加了模塊、端口、信號(hào)等描述，用于處理層次機(jī)制。（8 8） 用來(lái)處理抽象通信的抽象端口和協(xié)議機(jī)制。用來(lái)處理抽象通信的抽象端口和協(xié)議機(jī)制。（9 9） 用用System-main將所有的模塊鏈接在一起，并提供時(shí)鐘產(chǎn)生將所有的模塊鏈接在一起，并提供時(shí)鐘產(chǎn)生器和調(diào)式器，可以在器和調(diào)式器，可以在SystemC中進(jìn)行調(diào)試、分析、逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)試、分析、逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。模型。（1010） 調(diào)試波形觀察：調(diào)試波形觀察：SystemC本身就是一個(gè)本身就是一個(gè)C+程序，可以用程序，可以用現(xiàn)有的現(xiàn)有的C+調(diào)試工具調(diào)試，也可以用調(diào)試工具調(diào)

21、試，也可以用vcd等標(biāo)準(zhǔn)格式輸出波形。等標(biāo)準(zhǔn)格式輸出波形。 使用使用SystemC進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好處是多方面的，包括：進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好處是多方面的，包括：（1 1）由于整個(gè)系統(tǒng)使用同一種語(yǔ)言所寫(xiě)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不必懂得多種）由于整個(gè)系統(tǒng)使用同一種語(yǔ)言所寫(xiě)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不必懂得多種語(yǔ)言，同時(shí)也省略了將硬件部分轉(zhuǎn)化為專用硬件描述語(yǔ)言（如語(yǔ)言，同時(shí)也省略了將硬件部分轉(zhuǎn)化為專用硬件描述語(yǔ)言（如Verilog和和VHDL）的麻煩。的麻煩。（2 2）通過(guò)加入必要的硬件和時(shí)間結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)可逐步優(yōu)化，產(chǎn)生好的）通過(guò)加入必要的硬件和時(shí)間結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)可逐步優(yōu)化，產(chǎn)生好的設(shè)計(jì)，也能及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)，也能及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)

22、中的錯(cuò)誤。（3 3）由于能在設(shè)計(jì)的高層次級(jí)別中建模，程序容易寫(xiě)，代碼少，減）由于能在設(shè)計(jì)的高層次級(jí)別中建模，程序容易寫(xiě)，代碼少，減少了錯(cuò)誤的產(chǎn)生，也比傳統(tǒng)的仿真速度快，從系統(tǒng)級(jí)模塊到少了錯(cuò)誤的產(chǎn)生，也比傳統(tǒng)的仿真速度快，從系統(tǒng)級(jí)模塊到RTL級(jí)模塊，測(cè)試程序可以重復(fù)使用。級(jí)模塊，測(cè)試程序可以重復(fù)使用。 用用SystemC的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法有所不的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法有所不同，傳統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法首先由系統(tǒng)設(shè)計(jì)師使用同，傳統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法首先由系統(tǒng)設(shè)計(jì)師使用C或或C+寫(xiě)出寫(xiě)出系統(tǒng)功能模型，在系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)概念以及算法的正確性。當(dāng)概系統(tǒng)功能模型，在系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)

23、概念以及算法的正確性。當(dāng)概念和算法得到驗(yàn)證后，需要硬件實(shí)現(xiàn)的念和算法得到驗(yàn)證后，需要硬件實(shí)現(xiàn)的C或或C+模型部分由手工模型部分由手工轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為VHDL或或Verilog的描述，從而得到實(shí)際的硬件實(shí)現(xiàn)。但是的描述，從而得到實(shí)際的硬件實(shí)現(xiàn)。但是該方法存在一些局限和問(wèn)題：該方法存在一些局限和問(wèn)題： （1 1）手工完成）手工完成C/C+到到Verilog/VHDL等等HDL的轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)的的轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì)人員先編寫(xiě)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì)人員先編寫(xiě)C/C+語(yǔ)言的系統(tǒng)模型，語(yǔ)言的系統(tǒng)模型，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證功能滿足要求，再將這些系統(tǒng)級(jí)模型手工轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)驗(yàn)證功能滿足要求，再將這些系統(tǒng)級(jí)模型手工轉(zhuǎn)換

24、為Verilog/VHDL等等HDL語(yǔ)言描述的模型，這個(gè)工作非常繁雜、冗語(yǔ)言描述的模型，這個(gè)工作非常繁雜、冗長(zhǎng)、費(fèi)時(shí)且易出錯(cuò)。同時(shí)，它不能很好地實(shí)現(xiàn)軟長(zhǎng)、費(fèi)時(shí)且易出錯(cuò)。同時(shí)，它不能很好地實(shí)現(xiàn)軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的后期才能參加到設(shè)計(jì)中，因此，不能在設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的后期才能參加到設(shè)計(jì)中，因此，不能在設(shè)計(jì)早期達(dá)成設(shè)計(jì)思想的一致。早期達(dá)成設(shè)計(jì)思想的一致。 （2 2） 系統(tǒng)模型與系統(tǒng)模型與HDL模型的分離：當(dāng)系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為模型的分離：當(dāng)系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為HDL模型模型后，后，HDL模型將成為設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)，模型將成為設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)，C/C+語(yǔ)言的模型很快變得語(yǔ)言的模型很快變得不再適

25、用。如果后期設(shè)計(jì)有所變化，那么一般在不再適用。如果后期設(shè)計(jì)有所變化，那么一般在HDL模型中更變，模型中更變，而不在而不在C/C+語(yǔ)言模型中做同步改變，這樣就造成了系統(tǒng)模型語(yǔ)言模型中做同步改變，這樣就造成了系統(tǒng)模型與與HDL模型的分離。模型的分離。 （3 3） 多重系統(tǒng)測(cè)試：為了對(duì)多重系統(tǒng)測(cè)試：為了對(duì)C/C+語(yǔ)言模型的功能進(jìn)行驗(yàn)證而語(yǔ)言模型的功能進(jìn)行驗(yàn)證而創(chuàng)建的各種測(cè)試基準(zhǔn)，不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換則不能用于創(chuàng)建的各種測(cè)試基準(zhǔn)，不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換則不能用于HDL模型的驗(yàn)證。模型的驗(yàn)證。因此，設(shè)計(jì)人員不但需要將因此，設(shè)計(jì)人員不但需要將C/C+語(yǔ)言模型轉(zhuǎn)換為語(yǔ)言模型轉(zhuǎn)換為HDL模型，模型，而且要將而且要將C/C+語(yǔ)言模型

26、的測(cè)試環(huán)境轉(zhuǎn)換為語(yǔ)言模型的測(cè)試環(huán)境轉(zhuǎn)換為HDL模型的測(cè)試環(huán)模型的測(cè)試環(huán)境。境。 SystemC的設(shè)計(jì)方法提供了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，主的設(shè)計(jì)方法提供了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，主要包括：要包括： （1 1）逐步求精的設(shè)計(jì)方法）逐步求精的設(shè)計(jì)方法 采用采用C/C+語(yǔ)言建立系統(tǒng)模型，從語(yǔ)言建立系統(tǒng)模型，從C/C+語(yǔ)言描述轉(zhuǎn)換為語(yǔ)言描述轉(zhuǎn)換為HDL描述并不是一蹴而就的，而是在小的部分中逐步求精的。在此描述并不是一蹴而就的，而是在小的部分中逐步求精的。在此過(guò)程中，可以加入必要的硬件和時(shí)序結(jié)構(gòu)，從而創(chuàng)造出更加優(yōu)良的過(guò)程中，可以加入必要的硬件和時(shí)序結(jié)構(gòu)，從而創(chuàng)造出更加優(yōu)良的設(shè)計(jì)。用這種逐步求精的設(shè)

27、計(jì)方法學(xué)，設(shè)計(jì)師可以更容易地實(shí)現(xiàn)設(shè)設(shè)計(jì)。用這種逐步求精的設(shè)計(jì)方法學(xué)，設(shè)計(jì)師可以更容易地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)改變，在設(shè)計(jì)細(xì)化過(guò)程中更及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。計(jì)改變，在設(shè)計(jì)細(xì)化過(guò)程中更及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。 （2 2）單一語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)）單一語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) 采用采用SystemC能夠?qū)崿F(xiàn)從系統(tǒng)級(jí)到能夠?qū)崿F(xiàn)從系統(tǒng)級(jí)到RTL級(jí)的模型描述，測(cè)試級(jí)的模型描述，測(cè)試也可以采用同樣的測(cè)試平臺(tái)，從而省去了轉(zhuǎn)換過(guò)程和測(cè)試過(guò)程的時(shí)也可以采用同樣的測(cè)試平臺(tái)，從而省去了轉(zhuǎn)換過(guò)程和測(cè)試過(guò)程的時(shí)間。對(duì)于軟間。對(duì)于軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)而言，很重要的一點(diǎn)就是要使軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)而言，很重要的一點(diǎn)就是要使軟/硬件設(shè)硬件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)早期與后期都能做到功能一致，

28、從而避免了在設(shè)計(jì)后期出計(jì)在設(shè)計(jì)早期與后期都能做到功能一致，從而避免了在設(shè)計(jì)后期出現(xiàn)意想不到的問(wèn)題。現(xiàn)意想不到的問(wèn)題。 IP復(fù)用技術(shù)復(fù)用技術(shù)l軟核（軟核（Soft Core）：）： 用硬件描述語(yǔ)言或用硬件描述語(yǔ)言或C語(yǔ)言寫(xiě)成，可以是對(duì)設(shè)計(jì)語(yǔ)言寫(xiě)成，可以是對(duì)設(shè)計(jì)的算法級(jí)描述，或功能級(jí)描述，也可以是僅僅用于的算法級(jí)描述，或功能級(jí)描述，也可以是僅僅用于功能仿真的行為模擬，多以功能仿真的行為模擬，多以RTL的方式呈現(xiàn)。它的特的方式呈現(xiàn)。它的特點(diǎn)是靈活性大，可移植性好，用戶能方便地把點(diǎn)是靈活性大，可移植性好，用戶能方便地把RTL和和門級(jí)門級(jí)HDL表達(dá)的軟表達(dá)的軟IP核修改為自己所需要的設(shè)計(jì)，核修改為自己所

29、需要的設(shè)計(jì)，綜合到選定的加工工藝上。但與硬綜合到選定的加工工藝上。但與硬IP核相比，可預(yù)核相比，可預(yù)測(cè)性差，設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)性差，設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，IC設(shè)計(jì)者往往需要在時(shí)間投設(shè)計(jì)者往往需要在時(shí)間投片之后才能準(zhǔn)確得知片之后才能準(zhǔn)確得知IP是否符合需求，為了克服這是否符合需求，為了克服這些缺點(diǎn)，些缺點(diǎn)，IP核供應(yīng)商有必要提供詳細(xì)的核供應(yīng)商有必要提供詳細(xì)的IP核驗(yàn)證數(shù)核驗(yàn)證數(shù)據(jù)供據(jù)供IC設(shè)計(jì)者評(píng)估。設(shè)計(jì)者評(píng)估。 硬核（硬核（Hard Core）：）： 指和特定工藝相聯(lián)系的物理版圖設(shè)計(jì)，已經(jīng)被投指和特定工藝相聯(lián)系的物理版圖設(shè)計(jì)，已經(jīng)被投片驗(yàn)證正確，可以被新設(shè)計(jì)作為特定的功能模塊直片驗(yàn)證正確，可以被新設(shè)計(jì)作為特

30、定的功能模塊直接調(diào)用，多以接調(diào)用，多以GDSII Format掩膜版圖的方式呈現(xiàn)。掩膜版圖的方式呈現(xiàn)。它的特點(diǎn)是提供可預(yù)測(cè)的性能和快速的設(shè)計(jì)，但靈它的特點(diǎn)是提供可預(yù)測(cè)的性能和快速的設(shè)計(jì)，但靈活性差，難以移植到不同的加工工藝?；钚圆?，難以移植到不同的加工工藝。固核（固核（Firm Core）：）： 在軟核基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，是一種可綜合的，并帶時(shí)序在軟核基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，是一種可綜合的，并帶時(shí)序信息以及布局布線規(guī)劃的設(shè)計(jì)，用硬件描述語(yǔ)言寫(xiě)信息以及布局布線規(guī)劃的設(shè)計(jì)，用硬件描述語(yǔ)言寫(xiě)成，多以成，多以Netlist的方式呈現(xiàn)。固的方式呈現(xiàn)。固IP核是介于硬核是介于硬IP核核和軟和軟IP核之間的核之間的IP核，通常

31、以核，通常以RTL代碼和對(duì)應(yīng)具體代碼和對(duì)應(yīng)具體工藝網(wǎng)表的混合形式提供，固工藝網(wǎng)表的混合形式提供，固IP核既不是獨(dú)立的，核既不是獨(dú)立的，也不是固定的，可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行修改，使也不是固定的，可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行修改，使它適合于某種可實(shí)現(xiàn)的工藝過(guò)程。它適合于某種可實(shí)現(xiàn)的工藝過(guò)程。IP核的保護(hù)及商業(yè)模式：核的保護(hù)及商業(yè)模式：可復(fù)用可復(fù)用IP核，包括參數(shù)化存儲(chǔ)器、輸入核，包括參數(shù)化存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、算法邏輯單元輸出接口、算法邏輯單元及整個(gè)處理器等，這些可復(fù)用模塊的開(kāi)發(fā)需要較大的投入，并具有及整個(gè)處理器等，這些可復(fù)用模塊的開(kāi)發(fā)需要較大的投入，并具有極高的商業(yè)價(jià)值。極高的商業(yè)價(jià)值。對(duì)于對(duì)于IP

32、核的保護(hù)，除了使用專利、版權(quán)、商標(biāo)、商業(yè)合同等手段核的保護(hù)，除了使用專利、版權(quán)、商標(biāo)、商業(yè)合同等手段外，從技術(shù)上探索外，從技術(shù)上探索IP核保護(hù)的有效方法也是十分必要的。核保護(hù)的有效方法也是十分必要的。目前目前IP核保護(hù)主要有兩個(gè)技術(shù)途徑：阻止非法授權(quán)使用和檢測(cè)非法核保護(hù)主要有兩個(gè)技術(shù)途徑：阻止非法授權(quán)使用和檢測(cè)非法授權(quán)使用。授權(quán)使用。阻止非法授權(quán)使用技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)阻止非法授權(quán)使用技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)IP核加密等方法實(shí)現(xiàn)的，檢測(cè)核加密等方法實(shí)現(xiàn)的，檢測(cè)非法授權(quán)使用技術(shù)則是發(fā)現(xiàn)對(duì)非法授權(quán)使用技術(shù)則是發(fā)現(xiàn)對(duì)IP核的非法拷貝和使用。核的非法拷貝和使用。另一方面當(dāng)前的商業(yè)模式嚴(yán)重阻礙了具有巨大潛能的另一方

33、面當(dāng)前的商業(yè)模式嚴(yán)重阻礙了具有巨大潛能的IP核產(chǎn)業(yè)的發(fā)核產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因?yàn)橛脩粼讷@得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的展，因?yàn)橛脩粼讷@得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的IP核之前，需支付可觀的前期核之前，需支付可觀的前期費(fèi)用，還要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的談判，同時(shí)對(duì)于這些費(fèi)用，還要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的談判，同時(shí)對(duì)于這些IP能否成功地嵌入到自能否成功地嵌入到自己的系統(tǒng)中，并滿足技術(shù)指標(biāo)要求等存在疑慮。因此，為了推動(dòng)己的系統(tǒng)中，并滿足技術(shù)指標(biāo)要求等存在疑慮。因此，為了推動(dòng)IP核復(fù)用及核復(fù)用及SoC技術(shù)的發(fā)展，必須建立新的技術(shù)的發(fā)展，必須建立新的IP核授權(quán)評(píng)估與使用模核授權(quán)評(píng)估與使用模式，如式，如Sun公司微電子部推出了針對(duì)芯片設(shè)計(jì)的社區(qū)源授權(quán)公司微電子部推出了

34、針對(duì)芯片設(shè)計(jì)的社區(qū)源授權(quán)（Community Source Licensing）業(yè)務(wù)模式，業(yè)務(wù)模式，IBM則公開(kāi)了則公開(kāi)了ASIC片內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)片內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)CoreConnect。 SOC驗(yàn)證驗(yàn)證l模擬模擬l形式驗(yàn)證技術(shù)形式驗(yàn)證技術(shù) 等價(jià)性檢查等價(jià)性檢查l靜態(tài)驗(yàn)證技術(shù)靜態(tài)驗(yàn)證技術(shù) 語(yǔ)法檢查語(yǔ)法檢查 靜態(tài)時(shí)序分析靜態(tài)時(shí)序分析l傳統(tǒng)的專用集成電路（傳統(tǒng)的專用集成電路（ASICASIC）設(shè)計(jì)較多采用自底向設(shè)計(jì)較多采用自底向上（上（Down-to-TopDown-to-Top）方法，其基本思想是從系統(tǒng)需求方法，其基本思想是從系統(tǒng)需求出發(fā)，根據(jù)已存在的硬件基本單元?jiǎng)澐衷O(shè)計(jì)樹(shù)最末出發(fā)，根據(jù)已存在的硬件基本單

35、元?jiǎng)澐衷O(shè)計(jì)樹(shù)最末枝的單元模塊。硬件基本單元是由枝的單元模塊。硬件基本單元是由EDAEDA庫(kù)提供，或外庫(kù)提供，或外購(gòu)及其它項(xiàng)目已開(kāi)發(fā)出的單元。購(gòu)及其它項(xiàng)目已開(kāi)發(fā)出的單元。Down-to-TopDown-to-Top設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)是基于簡(jiǎn)單基于簡(jiǎn)單ICIC設(shè)計(jì)提出的方法，已不能滿足復(fù)雜設(shè)計(jì)提出的方法，已不能滿足復(fù)雜ASICASIC，特別是特別是SOCSOC芯片的設(shè)計(jì)要求。芯片的設(shè)計(jì)要求。SOC設(shè)計(jì)流程框圖 Top-to-Down方法整體考慮了方法整體考慮了SoC芯片軟芯片軟/硬件系硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，將系統(tǒng)需求、處理機(jī)制、芯片體系結(jié)統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，將系統(tǒng)需求、處理機(jī)制、芯片體系結(jié)構(gòu)、各層次電路及器件、算

36、法模型、軟件結(jié)構(gòu)、協(xié)同構(gòu)、各層次電路及器件、算法模型、軟件結(jié)構(gòu)、協(xié)同驗(yàn)證緊密結(jié)合起來(lái)，從而用單個(gè)或極少幾個(gè)芯片完成驗(yàn)證緊密結(jié)合起來(lái)，從而用單個(gè)或極少幾個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。如圖所示，整個(gè)系統(tǒng)的功能。如圖所示，SOC平臺(tái)的設(shè)計(jì)流程分平臺(tái)的設(shè)計(jì)流程分為以下幾個(gè)主要步驟：為以下幾個(gè)主要步驟： （1 1）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)：芯片系統(tǒng)功能、指標(biāo)定義、）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)：芯片系統(tǒng)功能、指標(biāo)定義、需求分析、產(chǎn)品市場(chǎng)定位、軟需求分析、產(chǎn)品市場(chǎng)定位、軟/硬件劃分、指標(biāo)分解等硬件劃分、指標(biāo)分解等整體方案論證。整體方案論證。 （2）軟/硬件方案設(shè)計(jì)：確定芯片系統(tǒng)功能的軟/硬件劃分，軟/硬件體系結(jié)構(gòu)，模塊功能的詳細(xì)描述及技術(shù)指標(biāo)要求、時(shí)序、接口定義等工作。 （3）模塊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)：完成硬件模塊的開(kāi)發(fā)、行為及 時(shí)序仿真測(cè)試、底層硬件驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)、算法設(shè)計(jì)及仿真、協(xié)議和應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。對(duì)于復(fù)雜的功能模塊，可進(jìn)一步劃分成子模塊。在算法仿真時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求劃分出信號(hào)處理硬件加速模塊。 （4）軟/硬件協(xié)同仿真測(cè)試：主要測(cè)試系統(tǒng)方案和軟/硬件模塊設(shè)計(jì)功能的正確性。 （5）軟/硬件協(xié)同仿真測(cè)試：主要測(cè)試系統(tǒng)方案和軟/硬件模塊設(shè)計(jì)功能的正