系統(tǒng)芯片SoC的設計與測試

前言

　　集成電路是信息技術(shù)及其設備賴以生存的基石，主要用于處理、存儲和傳送數(shù)字信息與模擬信息。近年來，集成電路設計技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)可以將一個完整的系統(tǒng)集成到一個單一的芯片中，即系統(tǒng)芯片或片上系統(tǒng)（system on achip，SoC）。系統(tǒng)芯片是將原先由多個芯片完成的功能，集中到單芯片中完成。更具體地說，它是在單一硅芯片上實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理和I／O等功能，或者說在單一硅芯片上集成了數(shù)字電路、模擬電路、信號采集和轉(zhuǎn)換電路、存儲器、（2PU、DSP等，實現(xiàn)了一個系統(tǒng)的功能。　　系統(tǒng)芯片自20世紀90年代出現(xiàn)以來，受到了學術(shù)界與工業(yè)界的極大關注，它具有小型、輕量、多功能、低功耗、高可靠性和低成本等特點，在計算機、通信、工業(yè)控制、交通運輸、消費類電子等領域的應用十分廣泛。　　系統(tǒng)芯片并不是各個芯片功能的簡單疊加，而是從整個系統(tǒng)的功能和性能出發(fā)，用軟硬結(jié)合的設計和驗證方法，利用芯核復用及深亞微米技術(shù)，在一個芯片上實現(xiàn)復雜功能。系統(tǒng)芯片的出現(xiàn)給電路設計、測試、工藝集成、器件、結(jié)構(gòu)，以及其他領域帶來了一系列技術(shù)上的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在設計復用、低功耗設計、軟硬件協(xié)同設計、總線架構(gòu)、可測性設計、設計驗證、物理綜合等方面?！　∠到y(tǒng)芯片的設計主要涵蓋設計復用技術(shù)、軟硬件協(xié)同設計技術(shù)、納米級電路設計技術(shù)。設計復用主要是芯核設計、基于芯核的系統(tǒng)設計、多芯核的系統(tǒng)級驗證與接口綜合等。軟硬件協(xié)同設計主要是軟硬件劃分、硬件結(jié)構(gòu)設計、基于硬件的軟件結(jié)構(gòu)生成、面向軟件的多處理單元設計等。納米級電路設計主要是時序綜合及時延驅(qū)動的邏輯設計、低壓低功耗設計等?！　”緯鴮ο到y(tǒng)芯片的設計與測試的關鍵技術(shù)與主要方法進行了論述，共分15章。各章內(nèi)容簡要介紹如下：　　第1章說明數(shù)字集成電路的設計流程，介紹系統(tǒng)芯片的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)芯片涉及的多種關鍵技術(shù)?！　〉?章論述系統(tǒng)芯片的設計流程。

內(nèi)容概要

系統(tǒng)芯片SoC能實現(xiàn)一個系統(tǒng)的功能，它是從整個系統(tǒng)的功能和性能出發(fā)，采用軟硬結(jié)合的設計和驗證方法，利用芯核復用及深亞微米技術(shù)，在一個芯片上實現(xiàn)復雜的功能。系統(tǒng)芯片具有速度快、集成度高、功耗低等特點。本書詳細介紹了系統(tǒng)芯片SoC的設計與測試的關鍵技術(shù)和主要方法。全書共15章，內(nèi)容包括：系統(tǒng)芯片的設計模式與流程、系統(tǒng)芯片的總線結(jié)構(gòu)、芯核設計、軟硬件協(xié)同設計、系統(tǒng)芯片的存儲系統(tǒng)設計、系統(tǒng)芯片中模擬/混合信號的設計、系統(tǒng)芯片的低功耗設計、信號完整性、系統(tǒng)芯片的驗證、系統(tǒng)芯片的可測性設計、測試調(diào)度與測試結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計、芯核的測試、系統(tǒng)芯片的物理設計、片上網(wǎng)絡等。    本書可作為電子、通信、計算機、自動控制等學科高年級本科生和研究生的教材，也適合于從事電子信息、數(shù)字系統(tǒng)設計、測試和維護等相關專業(yè)的研究人員、工程技術(shù)人員學習參考。

作者簡介

潘中良，博士，教授。電子科技大學（成都）電路與系統(tǒng)專業(yè)博士畢業(yè)，中山大學博士后出站。主持或參加了國家自然科學基金項目、國家八五重點科技攻關項目以及省部級科研項目等十余項，在國內(nèi)外學術(shù)期刊與國際會議上發(fā)表學術(shù)論文五十余篇。主要從事大規(guī)模集成電路的設計與測試、嵌入式系統(tǒng)設計、計算機應用等方面的科研與教學工作。

書籍目錄

前言第1章　緒論  1.1　集成電路的設計流程  1.2　系統(tǒng)芯片的結(jié)構(gòu)  1.3　系統(tǒng)芯片的關鍵技術(shù) 　 1.3.1　設計復用　  1.3.2　低功耗設計　  1.3.3　軟硬件協(xié)同設計　  1.3.4　總線架構(gòu)　  1.3.5　可測性設計　  1.3.6　設計驗證　  1.3.7　物理綜合第2章　系統(tǒng)芯片的設計模式與流程  2.1　系統(tǒng)芯片的系統(tǒng)級設計  2.2　系統(tǒng)芯片的設計流程  2.3　系統(tǒng)芯片的設計方法學第3章　系統(tǒng)芯片的總線結(jié)構(gòu)  3.1　AMBA總線　  3.1.1　先進高性能總線　  3.1.2　先進系統(tǒng)總線　  3.1.3　先進外設總線　  3.1.4　使用AMBA的系統(tǒng)芯片  3.2　Avalon總線　  3.2.1  Avalon總線的特征　  3.2.2  Avalon信號　  3.2.3  Avalon的數(shù)據(jù)傳輸  3.3  CoreConnect總線  3.4  Wishbone總線  3.5  OCP總線第4章　芯核設計  4.1　芯核的特征與分類  4.2　芯核的設計流程  4.3　軟核與硬核的設計  　4.3.1　軟核的設計　  4.3.2　硬核的設計  4.4　芯核技術(shù)標準　  4.4.1  VSIA的IP技術(shù)標準　  4.4.2  IP交付時使用的文檔標準/規(guī)范　  4.4.3  IP芯核可復用接口設計標準　  4.4.4  IP知識產(chǎn)權(quán)保護  4.5　芯核的質(zhì)量評估  4.6　基于芯核的系統(tǒng)集成第5章　軟硬件協(xié)同設計  5.1　軟硬件協(xié)同設計的過程 　 5.1.1　軟硬件協(xié)同設計的流程　  5.1.2　軟硬件協(xié)同設計的關鍵技術(shù)　  5.1.3　軟硬件協(xié)同設計的分類  5.2　系統(tǒng)級規(guī)范模型  5.3　系統(tǒng)級多語言建模  5.4　軟硬件劃分　  5.4.1　軟硬件劃分的基本模型　  5.4.2　軟硬件劃分算法  5.5　軟硬件劃分的模型精煉　  5.5.1　模型精煉的特征　  5.5.2　實現(xiàn)模型　  5.5.3　精煉的過程第6章　系統(tǒng)芯片的存儲系統(tǒng)設計  6.1　DRAM和嵌入式存儲器 　 6.1.1　DRAM存儲器　  6.1.2　嵌入式存儲器  6.2　存儲優(yōu)化與管理　  6.2.1　重編序與重映射　　……第7章　系統(tǒng)芯片中模擬/混合信號的設計第8章　系統(tǒng)芯片的低功耗設計第9章　信號完整性第10章　系統(tǒng)芯片的驗證第11章　系統(tǒng)芯片的可測性設計第12章　測試調(diào)度與測試結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計第13章　芯核的測試第14章　系統(tǒng)芯片的物理設計第15章　片上網(wǎng)絡參考文獻附錄　名詞縮寫表

章節(jié)摘錄

　　集成電路主要用于處理、存儲和傳送數(shù)字信息與模擬信息。近年來，集成電路設計技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)可以將一個完整的系統(tǒng)集成到一個單一的芯片中，即系統(tǒng)芯片。本章將說明集成電路芯片的設計流程，闡述系統(tǒng)芯片的原理及其關鍵技術(shù)?！　?.1集成電路的設計流程　　集成電路自問世以來便得到了迅速發(fā)展。1958年，世界上第一塊集成電路在美國德州儀器公司（TI）誕生，這塊集成電路上只集成了4個晶體管。1962年世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路正式商品。1970年，lKbit的存儲器問世，接著微處理器于1971年投入市場，從此宣告集成電路生產(chǎn)進入大規(guī)模集成電路時代。　　集成電路具有體積小、重量輕、壽命長和可靠性高等優(yōu)點，同時成本也相對低廉，便于進行大規(guī)模生產(chǎn)。集成電路大大地促進了電子設備的小型化，與采用單個電子管和晶體管相比，采用集成電路可以大大降低電子設備的功耗與故障發(fā)生率，使得復雜功能電子系統(tǒng)的設計和制造成為可能。自從集成電路發(fā)明以來，經(jīng)歷了小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）、超大規(guī)模（VLSI）和甚大規(guī)模（ULSI）等發(fā)展過程?！　〖呻娐吩O計是將系統(tǒng)、邏輯與性能的設計要求轉(zhuǎn)化為具體的物理版圖的過程，也是一個把產(chǎn)品從抽象的過程一步步具體化直至最終物理實現(xiàn)的過程。為了完成這一過程，人們提出了結(jié)構(gòu)化和層次化的設計方法。結(jié)構(gòu)化的設計方法是把復雜抽象的系統(tǒng)劃分成一些可操作的模塊，允許多個設計者同時進行設計，而且一些子模塊的資源可以共享。層次化的設計方法是在不同的多個層次上對系統(tǒng)進行設計，它能使復雜的系統(tǒng)簡化，并能在不同的設計層次上及時發(fā)現(xiàn)錯誤并加以糾正。目前，在實際中進行具體的集成電路設計時，主要是通過EDA軟件，完成邏輯級描述和電路級描述，形成版圖文件，根據(jù)版圖文件制作掩膜版，在特定的工藝條件下加工制造，封裝測試，最后形成集成電路芯片。集成電路芯片的設計流程如圖1.1所示。

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