片上系统SoC设计流程
可编程片上系统PSOC设计指南课件第二章PSoC35CPU子系统
功能
8051 CPU核 --8051指令集（布尔指令 ）
指令 JC rel JNC rel JB bit, rel JNB bit, rel JBC bit, rel
功能
(C)=1, 程序转向PC当前值（PC+2）与第二字节中带符号的相对 地址rel之和的目标地址
(C)=0, 程序转向PC当前值（PC+2）与第二字节中带符号的相对 地址rel之和的目标地址
功能 (Rn) →(A) (Direct) →(A) ((Ri)) →(A) #data→(A) (A) →(Rn) (Direct) →(Rn) #data→(Rn) (A) →(Direct) (Rn) →(Direct) (Direct) →(Direct) ((Ri)) →(Direct) #data→(Direct) (A) →((Ri)) (Direct) →((Ri)) #data→((Ri)) #data→(DPTR)
8051 CPU核 --8051指令集（逻辑指令）
逻辑指令执行布尔操作，比如AND，OR，XOR操作，对累
加器内容进行旋转，累加器半字交换。
指令
功能
ANL A, Rn
(A)^(Rn) →(A)
ANL A, Direct
(A)^(Direct) →(A)
ANL A, @Ri
(A)^((Ri)) →(A)
XCH A, @Ri
((Ri))→(A),(A) →((Ri))
XCHD A, @Ri
((Ri))3,0→(A3,0),(A) 3,0 →((Ri))
3,0
A与程序存储器的传送指令 A与片外数据存储器的传送指令
字节交换指令 半字节交换指令
8051 CPU核 --8051指令集（布尔指令 ）
嵌入式系统中的片上系统设计与实现技术
嵌入式系统中的片上系统设计与实现技术嵌入式系统是指将计算机技术与各种应用领域相结合，嵌入到具体的产品或设备中，并且能够完成特定任务的一种计算机系统。
在嵌入式系统中，片上系统（SoC）被广泛应用。
片上系统是指将计算机核心、存储系统、通信接口、外设、调度器等功能集成到一个芯片上，形成一个完整的计算机系统。
片上系统设计与实现技术是嵌入式系统开发中的核心内容，具有重要意义。
下面将详细介绍一些嵌入式系统中的片上系统设计与实现技术。
1. 硬件设计技术：片上系统的硬件设计是整个系统的基础，包括处理器核心的选择与设计、存储系统的设计、通信接口的设计、外设的设计等。
在选择处理器核心时，需要考虑功耗、性能、可编程性等因素；在设计存储系统时，需要根据应用需求选择合适的存储器类型，如RAM、Flash等，并合理设计存储器的组织结构；在设计通信接口时，需要根据数据传输的要求选择合适的接口类型，如UART、SPI、I2C等；在外设的设计中，需要根据具体应用需求选择适当的传感器、执行器等外设。
2. 软件设计技术：片上系统的软件设计是指针对具体应用需求，为系统开发相应的软件。
软件设计包括编写驱动程序、编写嵌入式操作系统、编写应用软件等。
在编写驱动程序时，需要充分了解硬件的特性和功能，充分利用硬件资源，提高系统性能；在编写嵌入式操作系统时，需要选择合适的操作系统，如Linux、RTOS等，并为系统开发相应的设备驱动程序和应用服务；在编写应用软件时，需要根据具体应用需求，设计相应的算法和实现。
3. 片上系统的布局与布线技术：片上系统中，各个功能模块需要相互连接，完成数据传输与处理。
布局与布线技术是指将各个模块在芯片上合理排布，并设计合理的连线。
在布局时，需要考虑各个功能模块之间的连接关系，尽量减少信号传输的路径长度，降低传输时延和功耗；在布线时，需要根据信号传输的特性，选择合适的线宽和线距，保证信号传输的质量。
4. 功耗优化技术：在嵌入式系统中，功耗是一个重要的性能指标。
集成电路的片上系统集成与设计技术手段
集成电路的片上系统集成与设计技术手段集成电路（IC）是现代电子设备的核心组成部分，它通过将大量的微小电子元件，如晶体管、电阻、电容等，集成在一块小的硅片上，实现了复杂的功能。
随着科技的快速发展，集成电路的功能越来越强大，片上系统（System-on-Chip, SoC）的概念应运而生。
片上系统集成与设计技术手段成为集成电路领域的重要研究方向。
1. 片上系统集成片上系统集成是指将整个系统或多个系统集成在一块集成电路芯片上，从而实现各种功能。
这种集成方式可以大大缩小系统的体积，降低功耗，提高性能和可靠性。
SoC的集成度可以从简单的微处理器核心和几块模拟电路，到复杂的包含多个处理器核心、图形处理单元、数字信号处理器、存储器、接口等全功能系统。
2. 设计技术手段为了实现高集成度的片上系统，设计人员需要采用多种先进的设计技术手段：2.1 硬件描述语言（HDL）硬件描述语言是用于描述电子系统结构和行为的语言，如Verilog和VHDL。
通过使用HDL，设计人员可以在抽象层次上描述整个系统，而无需关心底层电路的具体实现。
这使得设计人员能够更加专注于系统的功能和性能，提高设计效率。
2.2 库和IP核心在片上系统集成过程中，利用已有的库和IP（Intellectual Property）核心可以大大缩短设计周期。
库提供了常用的模块，如乘法器、加法器等；IP核心则是预先设计好的模块，如处理器核心、DSP核心等。
通过复用这些模块和核心，设计人员可以快速构建复杂的片上系统。
2.3 综合和布局规划综合是将HDL描述转换为底层电路的过程。
在这个过程中，综合工具会考虑电路的性能、面积和功耗等因素，自动选择合适的电路实现。
布局规划则是确定电路在芯片上的位置和连接关系，其目标是优化电路的性能和功耗，同时满足面积和制造要求。
2.4 仿真和验证在设计过程中，需要进行多次仿真和验证，以确保设计的正确性和可靠性。
仿真是在软件层面上模拟电路的行为，验证则是通过测试芯片来验证电路的功能和性能。
芯片设计中的片上系统设计方法研究与实现
芯片设计中的片上系统设计方法研究与实现随着信息技术的快速发展，芯片设计变得越来越重要。
在芯片设计过程中，片上系统设计方法是一项关键任务。
本文将探讨片上系统设计方法的研究与实现，在不设计政治的前提下，深入介绍相关概念、方法和实践。
1. 片上系统设计方法概述片上系统（System on Chip，SoC）是一种将多个功能集成在一个芯片上的设计方法。
片上系统设计方法旨在实现高度集成、高性能、低功耗、低成本的芯片。
其设计是将处理器核、外围设备、存储器等功能模块集成在一个芯片上，实现功能的同时尽可能减小功耗和占用面积。
2. 黑箱设计与白箱设计在片上系统设计中，存在两种主要的设计方法：黑箱设计和白箱设计。
黑箱设计是一种模块化的设计方法，各功能模块相互独立，通过接口进行连接。
在黑箱设计中，各模块的实现细节对其他模块来说是透明的，只关注功能的输入和输出。
这种设计方法简化了设计过程，提高了设计效率，但在整合时可能出现接口不兼容等问题。
白箱设计是一种更细粒度的设计方法，将各模块的实现细节考虑在内。
在白箱设计中，设计者需要深入了解各个模块的实现，并在设计过程中进行优化和调整。
这种设计方法可以提高整体性能和灵活性，但对设计者的要求更高，也更加复杂。
3. 片上系统设计流程片上系统设计流程包括需求分析、体系结构设计、功能模块设计、验证和调试等环节。
需求分析阶段，设计者根据芯片功能的需求，进行功能和性能的分析。
这一阶段需要考虑功耗、面积、性能等要素，确定整体设计的目标和约束条件。
体系结构设计阶段，设计者将整体结构分成多个功能模块，确定各个模块之间的连接方式。
这一阶段需要对芯片功能的实现方式进行抽象和细化，确定各个模块的功能和接口。
功能模块设计阶段，每个模块的实现细节被具体化。
设计者需要设计各个模块的电路、逻辑和物理布局，确保每个模块的功能和性能达到预期。
验证和调试阶段，设计者对设计的芯片进行功能和性能的验证，并进行调试和优化。
片上系统(SoC)的 UEFI 开发与创新特性
DDR 2 Memory LVDS
SDVO Converter
VGA/DVI/HDMI
SPI Flash SIO(PS2 & UART) 14 GPIO
RTC & Sus. SPI LPC GPIO (14)
Codec
PCIe x1 (4)
PCIe Slot
PCIe Slot
PCIe Slot
Mini PCIe Connector
• 什么是片上系统的固件
– 片上系统固件是固化在只读存储器中的代码 – 当设备启动时，固件代码初始化并识别设备，它的核 心功能是载入并引导操作系统
4
片上系统固件的要求
从产品角度看 高稳定性
稳定性对工控类设备至关重要
从开发角度看 低技术门槛
易学，易用
启动性能
如车载信息娱乐设备，启动速度 是关键指标之一
南桥
LPC
• • • • • • 8254时钟 高精度事件定时器 看门狗 RTC & CMOS 14-脚通用输入输出 8259中断控制器
北桥
内存控制器
• 32位 DDR2 667/800 • 最大 1GB • 单通道
SPI 接口 SMBUS1.0 英特尔® 高清晰度音频 4x1 PCI Express* 端口
CRB的固件需求
支持英特尔® 凌动™E6xx系列处 理器的所有型号 • 支持更新SPI闪存上的固件文件 • 支持从PCI/PCIe设备上加载EFI Option Rom • 支持ACPI 3.0标准
•
支持扩展到其它系统中 • 支持配置功能 • 支持在2秒内快速引导到操作系统 引导程序
• •
支持在1秒内点亮屏幕并显示厂商 标志
第12讲SOC设计实例
第12讲SOC设计实例SOC（System on Chip）是指将所有的系统资源（包括处理器、内存、外设等）集成到一个芯片上的设计方法。
SOC设计可以将不同的功能模块集成到同一片芯片上，从而减少硬件开销、提高系统性能，并且可以灵活地定制和更新系统功能。
SOC设计流程主要包括需求分析、系统架构设计、模块分析与设计、集成验证和物理设计等阶段。
需求分析阶段主要确定系统的功能和性能需求，系统架构设计阶段主要确定系统主要功能模块和模块之间的关系。
模块分析与设计阶段主要将系统划分为若干个更小的模块，并进行功能分析和设计。
集成验证阶段主要验证各模块之间的接口和整体系统功能。
最后，物理设计阶段主要进行芯片的物理设计和布局。
SOC设计实例讲解了一个实际设计中的SOC案例，该案例是一个基于ARM Cortex-M0内核的SOC系统。
首先，在需求分析阶段，确定了该SOC系统需要支持的功能和性能需求，包括GPIO、UART、ADC等外设模块，并确定了系统对功耗和面积的要求。
在系统架构设计阶段，确定了SOC系统的总体架构，包括主控制器和各外设模块之间的连接方式。
在模块分析与设计阶段，详细设计了每个功能模块的功能和接口要求，并进行了模块级别的验证。
在集成验证阶段，首先进行了模块级别的验证，验证了每个模块的功能和接口。
然后进行了SOC系统级别的验证，验证了各个模块之间的接口和整体系统功能。
最后，在物理设计阶段，进行了SOC芯片的物理设计和布局。
该案例采用了通用的SOC设计流程，并结合实际需求进行了相应的调整和优化。
通过该SOC设计实例的讲解，可以了解到SOC设计的整体流程和各个阶段的关键任务。
其中，需求分析阶段和系统架构设计阶段是SOC设计的基础，对整个设计过程起着重要的指导作用。
模块分析与设计阶段和集成验证阶段是SOC系统实现的关键，需要进行详细的功能设计和验证。
物理设计阶段是SOC芯片的最后一个阶段，主要进行芯片的物理设计和布局。
soc芯片工作原理
soc芯片工作原理一、SOC芯片的定义和概念SOC芯片全称为System on Chip，即“片上系统”，是一种集成度非常高的芯片，它将CPU、内存、外设等多个系统集成在一个芯片中，实现了高度集成化的设计。
SOC芯片通常采用先进的制造工艺，具有体积小、功耗低、性能高等优点，在智能手机、平板电脑、物联网等领域得到广泛应用。
二、SOC芯片的架构和组成1. SOC芯片的架构SOC芯片通常采用分层次结构设计，由不同层次的模块组成。
其中最底层是物理层，包括处理器核心和存储器；中间层是系统层，包括总线控制器、DMA控制器和中断控制器等；最上层是应用层，包括各种外设接口和应用处理单元等。
2. SOC芯片的组成(1) 处理器核心：通常采用ARM架构或者MIPS架构的处理器核心。
(2) 存储器：包括SRAM、DRAM、NOR Flash和NAND Flash等。
(3) 总线控制器：负责连接各个模块之间的数据传输。
(4) DMA控制器：负责数据传输的直接存储器访问。
(5) 中断控制器：负责处理外部中断和异常。
(6) 外设接口：包括USB、SDIO、SPI、I2C等各种外设接口。
(7) 应用处理单元：包括图像处理单元、音频处理单元等。
三、SOC芯片的工作原理1. 引导程序加载SOC芯片通常采用ROM或者Flash存储引导程序，当系统上电后，引导程序会自动运行。
引导程序的功能是初始化硬件系统，并将操作系统从存储器中加载到内存中。
2. 系统初始化在引导程序运行完成后，系统开始进行初始化。
系统初始化的过程包括设置时钟、初始化存储器、配置外设等。
3. 系统运行在系统初始化完成后，SOC芯片开始正式运行。
SOC芯片通过总线控制器和DMA控制器实现各个模块之间的数据传输，通过中断控制器处理外部中断和异常。
应用处理单元则负责实现各种应用功能。
四、SOC芯片的优缺点1. 优点(1) 高度集成化：SOC芯片将多个模块集成在一个芯片中，大大降低了系统复杂度和体积。
SoC基本概念和设计流程
发展已有40 年的历史,它一直遵循摩尔所指示的规律推进,现已进入深亚微米阶段。
由于信息市场的需求和微电子自身的发展,引发了以微细加工为主要特征的多种工艺集成技术和面向应用的系统级芯片的发展。
随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工时代,在单一集成上就可以实现一个复杂的电子系统,诸如、数字、DVD 芯片等。
在未来几年内,上亿个晶体管、几千万个逻辑门都可望在单一芯片上实现。
SoC设计技术始于20世纪90年代中期,随着半导体工艺技术的发展, 者能够将愈来愈复杂的功能集成到单硅片上, SoC正是在集成电路( IC)向集成系统( IS)转变的大方向下产生的。
1994 年Motorola发布的Flex Core系统(用来制作基于68000和PowerPC的定制)和1995年LSILogic公司为Sony 公司设计的SoC,可能是基于IP ( Intellectual Property)核完成SoC设计的最早报导。
由于SoC可以充分利用已有的设计积累,显着地提高了ASIC的设计能力,因此发展非常迅速,引起了工业界和学术界的关注。
SOC是集成电路发展的必然趋势：1. 技术发展的必然2. IC 产业未来的发展。
SoC基本概念SoC的定义多种多样,由于其内涵丰富、应用范围广,很难给出准确定义。
一般说来, SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。
同时它又是一种技术,用以实现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。
从狭义角度讲,它是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度讲, SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。
国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,它通常是客户定制的,或是面向特定用途的标准产品。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
什幺叫 SOC？ 20 世纪 90 年代中期，因使用 ASIC 实现芯片组受到启发，萌生应该 将完整计算机所有不同的功能块一次直接集成于一颗硅片上的想法。这种芯 片，初始起名叫 System on a Chip（SoC），直译的中文名是系统级芯片。 如何界定 SoC，认识并未统一。但可以归纳如下： ①SoC 应由可设计重用的 IP 核组成，IP 核是具有复杂系统功能的能 够独立出售的 VLSI 块； ②IP 核应采用深亚微米以上工艺技术； ③SoC 中可以有多个 MPU、DSP、MCU g 等硬件描述语言实现各模块的设计。接着，利用 VHDL 或 Verilog 的电路仿真器，对设计进行功能验证（funcTIonsimulaTIon，或行为验证 behavioral simulaTIon）。注意，这种功能仿真没有考虑电路实际的延迟，但无 法获得精确的结果。 3．逻辑综合 确定设计描述正确后，可以使用逻辑综合工具（synthesizer）进行综 合。综合过程中，需要选择适当的逻辑器件库（logic cell library），作为合成 逻辑电路时的参考依据。硬件语言设计描述文件的编写风格是决定综合工具 执行效率的一个重要因素。事实上，综合工具支持的 HDL 语法均是有限 的，一些过于抽象的语法只适于做为系统评估时的仿真模型，而不能被综合 工具接受。逻辑综合得到门级网表。 4．门级验证（Gate-Level Netlist VerificaTIon） 门级功能验证是寄存器传输级验证。主要的工作是要确认经综合后的 电路是否符合功能需求，该工作一般利用门电路级验证工具完成。注意，此 阶段仿真需要考虑门电路的延迟。
5．布局和布线 布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位 置。布线则指完成各模块之间互连的连线。注意，各模块之间的连线通常比 较长，因此，产生的延迟会严重影响 SOC 的性能，尤其在 0.25 微米制程以 上，这种现象更为显着。
SoC 技术设计系统芯片流程 用 SoC 技术设计系统芯片，一般先要进行软硬件划分，将设计基本 分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。芯片硬件设计包括： 1．功能设计阶段。 设计人员产品的应用场合，设定一些诸如功能、操作速度、接口规 格、环境温度及消耗功率等规格，以做为将来电路设计时的依据。更可进一 步规划软件模块及硬件模块该如何划分，哪些功能该整合于 SOC 内，哪些 功能可以设计在电路板上。 2．设计描述和行为级验证 能设计完成后，可以依据功能将 SOC 划分为若干功能模块，并决定 实现这些功能将要使用的 IP 核。此阶段将接影响了 SOC 内部的架构及各模 块间互 动的讯号，及未来产品的可靠性。决定模块之后，可以用 VHDL 或