嵌入式系统芯片的设计问题

２００嵌入式系统及单片机国际学术交流会**集。

西安徽电子技术研究所，西安，７１

沈绪榜。摘要。

问题。本丈主要介绍了系统芯片的由来、ｖｃ的可重用设计问题，以及利用ｖｃ构成系统芯片的设计重用。

关位词虚拟构件，可重用设计，系统芯片。

系统芯片的由来。

系统芯片通常是指集成度大于１０万门且至少有一个可编程的与存储器ｖｃ的芯。

片．一般说来，系统芯片就要是把一个完整的最终产品的主要功能部分集成到一个芯片或一组芯片上。系统。

芯片是由现代的集成电路工艺技术一一深亚微米技术带来的。现代计算机的发展主要体现在其实现技术芯片。

的进步上，以及在芯片技术限制下应用研究的算法与软件的进步上，也就是芯片计算机应用领域的不断扩展上。作为芯片制造与应用的桥梁的计算机（芯片）体系结构，也在冯诺依曼计算机体系结构的基础上从申行。

计算走向了并行计算。

系统芯片主要是由经济性驱动的。我们知道，每一代成功的ｉｃ技术都使产品的发展更快，功耗更低，并在一个更小的尺寸上提供更大的能力，这都是以更低的系统成本得到的．以晶体管为基础的芯片的发明及其按。

照率尔预言的速度发展，才满足了现代计算机得以迅速普及的五个简单而又基本的条件：一是经济性，计算机要很便宜，让更多的人能买得起；二是小型化，人们使用起来方便；三是可靠性，能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行；四是高速度，能够迅速地完成数据计算或数据传输；五是智能性，使人们用起来更习。

惯，对人们更有使用价值．

现代计算机的实现技术基本上就是芯片制造与设计技术，主要体现在加工设备、加工工艺、封装测试、批量。

生产以及设计创新的能力上。

加工设备的能力可以从硅圆片的尺寸大小与硅芯片的特征线宽水平来衡最。目前，芯片加工设备正在从。

００ｍ硅圆片加工设备向３００硅圃片加工设备过波。从芯片特征线宽来看，目前芯片已进人批ｉｔ生产阶段，估计２００年将达到。．１半导体设备厂商正在积极进行努力，研发１００技术的加工设备。

人们估计，３０硅圆片的芯片成本将比２００的降低３０，因此，３０硅回片的生产线将在。

本世纪初期一个接一个地出现。

就加工工艺的能力来说，芯片厂商不仅在继续缩小芯片的特征线宽，以提高徽处理器、存储器与逻辑器件等单功能芯片的集成度；而且早在开发能在一块芯片上集成多种功能的加工工艺，将应用系统集成在一块芯片上而成为系统芯片（ｓｏ以降低芯片成本，使计算机产品能更好地渝足其发展的五个简单而又基本的条件。

芯片的成本与体积在很大程度上是由其封装测试带来的。例如ｍｅｍ器件的成本约７５％要花在封装与测试上，是其商品化的主要障碍。现代计算机的休积的９０％是由其管壳封装、印制板安装与机箱集成等**封装造成的。

因此，缩小芯片面积与封装面积之比的封装技术便应运而生。尽管微米技术将要达到它的物理极限，但提高芯片集成度的努力并未就此结束，人们在用半导体互连技术把芯片一层一层至加起来以开发立体芯片，以大幅度地提高芯片的功能密度。据说，美国有家公司使用１０种不同的芯片，为美国陆军做成了共有５２层的立体芯片系统．由于将系统放到了芯片上，高速和真实世界接口的封装与板级界面使定制的封装设计。

成了行为标准，而不是作为例外情况。

芯片的经济性是通过其批ｔ生产能力实现的。加工工艺技术只有达到批量生产的成熟程度才会产生经济。

效益，起到改变世界的作用。

要浦足计算机迅速发展的五个基本条件，还取决于芯片设计的创新．当集成水平可以把整个系统体系结。

构的关键部分安排到芯片上时，板级互连层就要集成到芯片上因此，为了满足ｓｏｃ设计的挑战，需要采用系。

统通讯的体系结构以及层次式的可重用设计方法学。系统芯片设计包括嵌人式处理器ｖｃ，以及许多软件成。

第一篇主题报告及嵌入式系统技术综述。

分这就导致其它的方法、处理与组织的挑战。互连线的延迟、时钟与电源的分布，以及数百万门的布局与布线。

等，是深亚微米技术物理设计的真正挑战。对于芯片设计技术这样一个重要的变化，这里仅想介绍一下ｖｃ的。

可重用设计问题，以及利用ｖｃ构成系统芯片的设计重用问题ｌ’２

可重用的设计。

由于芯片制造能力侮年上升ｆｉｓ肠，而已有的设计方法学使芯片设计能力每年只上升２１％使这两种能力之间的差ｕｒｉ也就是人们常说的设计鸿沟还在扩大。因此现在人们想把基于重用设计方法学发。

展成为跨越这条鸿沟的桥梁。

为ｈ使ｖｃ具有可重用性，ｖｃ的设计是要按下列重用要求完成的。第一，ｖｃ的设计是以易于配置的通川胜１７适合ｆ不同应用为目标的。例如，宇节在存储器单元中的存放次序有大端次序与小端次序两种，在处理器ｖｃ中就应当同时具有这两种存放次序的能力，以便于与其它ｖｃ的配置，形成不同的嵌人式ｓ（）系统。

第。几，ｖｃ的设计是适合于多种工艺技术实现的设计。对于软ｖｃ，其综合脚本文件必须能用许多不同的单元库。

进行自动综合，并产生高质量的结果；对于硬ｖｃ，就要有一个能将ｖｃ映射到新工艺上的移植策略（ｐｏ

第，．ｖ的设计应当是一种能用多种模拟器进行模拟的设计。也就是说，最好是ｖｅｒ与ｖｈｄ两种版本的模型与测试台都是可用的，而且对所有主要的商业模拟器都能工作。ｖｃ或测试台只能用一种模拟器工作时是不好移植的。

第四，系统芯片中使用的ｖｃ应当是能独立验证的。也就是说，可重用的ｖｃ必须具有完全的、独立的测试台与成套验证程序，并提供非常高的检测夜盖。第五，ｖｃ的验证是。

具有高置信度的也就是说，验证是非常严格的．同时要建立一个实际的原型样机，以用于执行真实程序的实。

际系统中的测试。第六，要有完备的文档资料，以说明ｖｃ的合适应用与限制，特别是必须建立有效的配置与。

参数值的文档，清楚地描述配置或参数值的任何限制，以及建立如何使用ｖｃ的接口要求与限制的文档。

三个重要的国际组织正在通过不同的活动支持面向重用的芯片设计。１９年成立的主要是通过ｃａｄ的标准化努力支持的，１９年成立的主要是通过开发标准接口支持的号以及１９９年开始的主要是通过技术与应用合作．

设计的重用。

系统芯片的设计方法之一就是延伸硬件与软件协同设计的功能与体系结构的协同设计方法学。功能与体系结构协同设计是从设计产品行为的一个纯功能棋型以适合性能评估的系统体系结构的抽象棋型开始的。功能与体系结构协同设计方法学的主要阶段包括功能建模、体系结构建模、功能棋型与体系结构模型之间的映射。

与分析、软件与硬件的实现以及系统集成．

设计的重用是通过集成平台实现的。ｓｏ设计的集成平台可有四级：荃础的集成平台、ｉｃ的集成平台、系统的集成平台以及制造的集成平台。

从ｒｔｌ级的芯片设计到ｖｃ集成级的芯片设计的突破耍求在体系结构，模型以及设计探索与验证等三个方面有更商级的设计抽象。

集成乎台通常是针对一个应用范田开发的。集成平台由一个ｖｃ库、一个嵌人式软件库圳及一个或多个。

用干设计派生的硬核组成。对系统芯片要实现的应用来说，硬核必须是中心，因为ｓｏｃ设计中的其它ｖｃ的管理是在硬核之中的。硬核偏要包括一个或多个可编程的ｖｃ，总线以及ｖｃ界面的端口。

为了便于快速地得到派生设计，硬核还应管理系统总线、系统电源以及侧试砚盖。当建立一个派生设计时，其硬核的变化不应超过硬核规范允许的范围。如果为了多个派生设计，硬核中的一个或多个元众需要改变，那么集成平台或者是应包括不同的硬核，以支持每个派生设计，或者是那些元素首先不应包括在硬核之内。

反过来，硬核应当是可配置的、同步的以及在一个可移植的物理库中实现的。这样一来，硬核可以按许多不同的配ｉ工作。

集成平台库包括所有的必要模型与功能级侧试台。但是，为了验证设计实现的正确，顶层侧试台必须在映射处理之前或映射时建立。这个实现产生一组制造与组装派生设计所必要的测试向量以及掩膜版数据。

为了在实现之前建立一个快速的原理样机以验证设计，以及为了在派生芯片集成之后调试系统，测试台与模型是能。

修改的。为了利用集成平台建立一个派生设计，设计的过程包含四个阶段。第１阶段是建立一个必要的规范。

在实现一个派生设计之前，此规范要求大ｔ的系统级棋拟。派生设计的技术要求，例如封装、引出头以及外部电。

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气要求，也必须是定义的．审核由ｓｏｃ设计用户规范的要求，以及评估通过平台集成处理满足这些要求的可能性的过程，叫做前端接受。第２阶段是在系统设计阶段，建立体系结构设计并映射到平台的一组ｖｃ上。必须将设计映射成一个已有平台库中的一组已有的ｖｃ．这组ｖｃ包含定义的技术要求。

将设计映射到所选的ｖｃ通常是在体系结构级完成的，这时不区分模块的硬件或软件实现。为了将模块赋予合适的ｖｃ，模块首先。

是映射到指令模型级的，然后再映射到行为模型级。在这一级上，通过加上粘接逻辑以匹配接口要求，平台。

ｃ模型可以代替派生模块消除多余的枯接逻辑将产生一个最终结果它是一个顶层网表，以规范用于派。

生设计中的平台ｖｃｏ第３阶段是硬件与软件设计。硬件设计包括设计安排、功能块设计以及芯片组装处理。

软件设计包括，设计并验证软件的组成部分。第４阶段是验证，它是一个贯彻派生设计个开发中的过程．

结束语。半导体工业将影响每个电子产品以及通过加上某种形式的电子智能或互连能得到好处的许多非电子产。

品。例如，一个系统芯片的必要功能可能包括嵌入式微控制器、传感器输人与传动机构输出、网络接口以及一些嵌人式软件，也就是说，将要求一个ｍｅｍ以提供单片实现。因此，嵌人式系统芯片技术的有效应用将导致。

连续持久的经济上的生产率效益以及芯片设计方法学的新变化．

参考文献。

嵌入式系统芯片的设计问题

嵌入式系统设计问题初探

嵌入式ARM嵌入式系统设计

嵌入式linux与嵌入式系统设计

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