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文檔簡介
嵌入式系統嵌入式系統硬件平臺第一頁,共九十八頁,2022年,8月28日Outline1、總線2、通訊3、平臺搭建4、SOC5、節(jié)能計算第二頁,共九十八頁,2022年,8月28日1、嵌入式系統中的總線特點定制性非擴展性結構簡單第三頁,共九十八頁,2022年,8月28日1)、CPU總線傳統計算機:CPU-內存總線,I/O總線嵌入式系統:CPU,存儲器加上設備第四頁,共九十八頁,2022年,8月28日總線是連接I/O設備、CPU、存儲器各子系統間的共享通信線路最大優(yōu)點:價格低、通用性、靈活性好最大缺點:通信瓶頸(帶寬)商用系統:I/O頻繁科學系統:I/O速度要與處理機速度相匹配第五頁,共九十八頁,2022年,8月28日總線類型傳輸方向單向雙向(半雙工、全雙工)用法專用:流量高、無爭用現象、控制簡單;總線數目多,時間利用率低,難小型化。非專用:共享性。造價低、模塊性強,易擴充會出現爭用現象、對失效敏感。第六頁,共九十八頁,2022年,8月28日非專用總線的多種連接方式:
單總線--可靠性差簡化和統一的接口,多重總線總線流量與總線長度有矛盾多組非專用總線
CPU-Memory總線:短、快
I/O總線:長,各設備有不同的數據寬度、延時、和帶寬。使用總線標準。遠距離通訊總線(集線器)縱橫開關矩陣(每行每列最多只有一個開關接通)第七頁,共九十八頁,2022年,8月28日通訊方式同步通訊:兩部件由定寬、定距的時標同步。傳輸速率高,受總線長度影響小。但有同步誤差。提高可靠性的方法:目的部件作回答。異步通訊:單向控制--(源/目的)雙向控制--互鎖/非互鎖
第八頁,共九十八頁,2022年,8月28日總線標準ESIA總線:IBM-PC的ISA發(fā)展而來,32,33MSCSI總線:來源于數組多路通道PCI總線:IPI總線:第九頁,共九十八頁,2022年,8月28日異步總線協議四周期基本協議1、設備1上升Req2、當設備2就緒,上升ACK3、數據傳輸完畢時,設備2下降Req4、設備1下降ACK第十頁,共九十八頁,2022年,8月28日總線地址線數據線控制線ReqACKDataRdyRead/WriteEtc.第十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日提高CPU總線利用率突發(fā)傳輸一次Addr多個數據非連接傳輸請求與響應分開第十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日DMADMA控制器在CPU啟動I/O操作后,直接在設備與存儲器間傳遞數據。傳送完畢再向CPU發(fā)中斷請求。通過周期挪用方式占用總線。第十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日DMA控制器寄存器起始地址寄存器長度寄存器狀態(tài)寄存器控制電路控制器基本工作原理第十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日多總線方式CPU,高速設備:高速總線低速設備:低速總線總線之間:總線橋橋:傳輸指令協議翻譯第十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日2)ARM的AMBA總線AMBA總線寬度有32位、64位和128位多種定義AMBA的AHB連接高性能和高時鐘頻率的系統模塊,同時具有多主機、脈沖傳輸和分段處理的功能第十六頁,共九十八頁,2022年,8月28日高級高性能總線AHBAHB的作用允許在主從器件之間傳輸數據AHB主器件可以向從器件傳輸數據向其提供外部地址空間中的地址以接收從器件的數據AHB從器件在選中后,提供或接收主器件的數據。從器件可以延遲數據傳輸過程或返回錯誤代碼。 AHB主器件的實例為ARM處理器,或其它有DMA(直接存儲訪問)功能的外設,如以太網MAC或USB主機/器件控制器。第十七頁,共九十八頁,2022年,8月28日信號主要的AHB信號HCLK總線參考時鐘
HADDR地址(由AHB主器件發(fā)出)
HWRITE傳輸方向:讀/寫(由AHB主器件發(fā)出)
HREADY傳輸完成響應(由AHB從器件發(fā)出)
HWDATA寫入數據總線(從AHB主器件至AHB從器件)
HRDATA讀取數據總線(從AHB從器件至AHB主器件)(AHB)控制信號和狀態(tài)信號HRESP傳輸狀態(tài)(由AHB從器件發(fā)出)
HBURST脈沖模式(由AHB主器件發(fā)出)
HTRANS傳輸狀態(tài)(由AHB主器件發(fā)出)
HSIZE脈沖長度(由AHB主器件發(fā)出)
HPROT保護類型(由AHB主器件發(fā)出)第十八頁,共九十八頁,2022年,8月28日AHB外設可能立即發(fā)送/接收數據,或通過發(fā)出HREADY信號插入等待狀態(tài)。從器件也通過HRESP信號返回傳輸狀態(tài),狀態(tài)如下OKAY(成功):傳輸成功-成功完成信號傳輸的缺省響應。ERROR(錯誤):不成功的傳輸-表示出現了異常中斷,例如訪問一個不存在的內存地址。RETRY(重試):從器件無法立即實現操作,主器件應在稍后重試。SPLIT(等待):從器件將要求列隊等待-從器件將在可以提供或接收數據時發(fā)出通知,可用于中斷多個傳輸(脈沖)。重試和等待的主要區(qū)別重試表明從器件仍未就緒;主器件可在任意時刻重發(fā)命令等待包含的協議較為復雜,它就緒后將通過這一協議通知判優(yōu)器。等待處理對從器件邏輯的要求較為復雜,并非必備的從器件功能。第十九頁,共九十八頁,2022年,8月28日AHB主器件判優(yōu)信號HREQ總線要求(由AHB主器件發(fā)出)HGNT總線指派(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)HLOCK總線鎖定(由AHB主器件發(fā)出)HMASTER指定目前工作的主器件(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)HMASTLOCK主器件執(zhí)行鎖定傳輸(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)
第二十頁,共九十八頁,2022年,8月28日
AHB-Lite,定義了一種沒有多主總線功能的純AHB接口子集第二十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日AHB和AHB-Lite之間的關鍵差別不論是主模塊還是從模塊,后者都可以通過各種互連策略鏈接,在芯片設計中獲得最大帶寬第二十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日第二十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日
第二十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日
第二十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日高級外設總線(APB)用于連接速度較慢的系統模式和帶寬較低的外設,將功耗降至最低,并減小接口的復雜性所有的總線信號都與時鐘有關,可以使用時鐘頻率較低的總線(低于AHB)AHB主器件不直接與APB外設相連,而是通過APB橋進行通信第二十六頁,共九十八頁,2022年,8月28日
第二十七頁,共九十八頁,2022年,8月28日主要的APB信號PCLK外部時鐘,可以是HCLK的乘積,由APB橋控制
PADDR外設地址
PWRITE外設傳輸方向(讀/寫)
PSELx外設選中,與HSEL相似
PWDATA寫入數據總線(寫入外設)
PRDATA讀取數據總線(從外設中讀取)
PENABLE外設數據起動第二十八頁,共九十八頁,2022年,8月28日AMBA例子Excalibur是Altera公司的系列嵌入式處理器可編程邏輯解決方案單個Excalibur器件上包含了單端口RAM和雙端口RAM、30萬門的標準單元區(qū)域、嵌入式處理器IP內核和一百萬門的APEX20KEPLD,片上的晶體管總數達到了8千多萬IP包括基于ARM的嵌入式處理器、基于MIPS的嵌入式處理器或其它任何商用嵌入式處理器第二十九頁,共九十八頁,2022年,8月28日總線可以分成三層。最上二層完全包含在帶內,而其它兩條總線用于在系統的可編程部分集成用戶IP。在嵌入式ARM器件內的所有總線的寬度都為32位如圖第三十頁,共九十八頁,2022年,8月28日
第三十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日4)SHARC總線兩個接口外部存儲接口主機接口DMA內存,外存,設備之間傳輸數據第三十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日外存接口外部數據總線寬度16bit-48bitDM總線與IO處理器可以訪問整個外部地址空間PM總線24bit外存分為4個區(qū)接口信號(略)第三十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日主機接口將SHARC連接到標準微處理器總線上主機將DSP功能移交給SHARC接口信號(略)第三十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日SHARCDMA10個通道外部端口DMA通道,鏈接端口DMA通道:雙向串口DMA:單向每個DMA通道一個中斷第三十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日總結嵌入式系統中總線針對設備無通用性功耗低第三十六頁,共九十八頁,2022年,8月28日2、通訊現代嵌入式系統基本都有通訊有線無線第三十七頁,共九十八頁,2022年,8月28日1)嵌入式TCP/IP協議棧應用前提
連接在互聯網上的電子裝置不一定比單獨使用的電子裝置具有更高的智能功能,但連通意味著提高智能化管理水平TCP/IP是一項應用廣泛的標準,利用它可以接通并控制電子裝置,通過絕大多數傳輸媒體幾乎可以和運行在所有操作系統上的軟件進行通信通過TCP/IP與基礎設施連接十分簡單第三十八頁,共九十八頁,2022年,8月28日嵌入式TCP/IP協議棧適用的范圍在商業(yè)系統中,可以利用它來進行遠程監(jiān)視服務嵌入式TCP/IP的最大優(yōu)越性也許在于它可以使得嵌入式電子裝置支持嵌入式的萬維網服務器嵌入式TCP/IP的主要用途是進行遠程監(jiān)測萬維網服務器還可以對一個電子裝置進行遠程配置第三十九頁,共九十八頁,2022年,8月28日存在的局限首先嵌入式棧是建在專用的軟socket(插座)API之上的提供可靠傳輸,占用了大量的資源體積太大,許多場合不適用第四十頁,共九十八頁,2022年,8月28日實施的方法
采用軟件的方式lwIP硬件方法采用iReady的芯片或芯核,雖然使用的是4位微處理器也能夠和互聯網實現直接連接DSP方法也可以選用DSP為基礎的TCP/IP協議棧第四十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日采用方法選擇根據所設計的電子裝置的實際情況來決定使用硬件功能如何?打算如何來實現和互聯網的連接?需要發(fā)送和接收那些種類的信息?將軟件或硬件芯片整合到所設計的電子裝置中去,有沒有困難?增加一個協議棧,是否需要對所設計的電子裝置進行重大更改等等第四十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日2)無線通訊介紹現在無線電技術已經非常成熟,已經在各種場合得到非常廣泛的應用,而嵌入式系統中無線通訊更是隨處可見。首先我們將概要介紹無線傳輸。所有的無線通訊都是基于無線傳輸的。然后是無線局域網(WirelessLocalAreaNetworks)和移動通訊。因為移動手持設備市場前景廣闊,我們將重點介紹移動通訊的現狀及發(fā)展趨勢。第四十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日無線傳輸
無線傳輸的媒介是電磁波,所有的信號都以電磁波的方式被發(fā)送和接收用來進行無線傳輸的電磁波波譜一般從無線電波(radio)開始到可見光部分無線電波因為頻率不是很高,較容易產生,可以遠距離傳輸,并能夠較容易地穿透和繞過障礙物線電波的傳播是如水波似的擴散型的無線電波的特性跟它的頻率有關第四十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日無線局域網
無線局域網可以有兩種組織方式:一種是以一個基站(basestation)為中心,所有的移動設備都連接到這個基站上去,因此基站也稱為接入點(accesspoint);另一種是沒有基站,移動設備之間相互連接組成局域網第四十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日無線局域網的標準無線局域網的標準802.11由IEEE制定第一個高速無限局域網是802.11a。1999年,IEEE802.11a標準制定完成,該標準規(guī)定無線局域網工作頻段在5.15~5.825GHz,數據傳輸速率達到54Mbps/72Mbps(Turbo),傳輸距離控制在10~100米1999年9月IEEE802.11b被正式批準該標準規(guī)定無線局域網工作頻段在2.4~2.4835GHz,數據傳輸速率達到11Mbps。2003年6月,IEEE推出最新版本IEEE802.11g認證標準該標準提出擁有IEEE802.11a的傳輸速率,安全性較IEEE802.11b好IEEE802.11e標準對無線局域網MAC層協議提出改進,以支持多媒體傳輸,以支持所有無線局域網無線廣播接口的服務質量保證QoS機制。IEEE802.11f,定義訪問節(jié)點之間的通信,支持IEEE802.11的接入點互操作協議(IAPP)。IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術。IEEE802.11i標準是結合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗證和設備驗證,對無線局域網MAC層進行修改與整合,定義了嚴格的加密格式和鑒權機制,以改善無線局域網的安全性。個人無線局域網(wirelesspersonalareanetworks)標準802.15,這就是藍牙的技術標準第四十六頁,共九十八頁,2022年,8月28日無線移動通訊概述無線通訊分為兩類,一類是無線局域網,另一類是無線移動通訊無線設備可以是單向的,也可以是雙向的。單向通信包括只接收信號的BP機。雙向通信系統包括分組無線電網絡和蜂窩系統分組無線電通信(Packet-RadioCommunication)。分組無線電通信將一次傳輸分解成許多小的包含源地址和目的地址,以及錯誤檢測信息的數字分組。這些分組被上聯到一個衛(wèi)星,然后再進行廣播。接收設備只接收編址到它的數字分組。由于這種傳輸是雙向的,因而要使用查錯和糾錯技術。蜂窩數字分組通信(CellularDigitalPacketCommunication)。蜂窩通信設備是一種提供用戶和他們的家庭、辦公室或網絡之間進行雙向通信的移動計算設備。這些設備具有電子函件處理能力,并且可以傳輸文件和其它信息。第四十七頁,共九十八頁,2022年,8月28日GSMGSM:“全球移動通信系統”(GlobalSystemforMobilecommunications)蜂窩概念GSM使用時分多址方法GSM移動臺分為兩部分一部分包含無線接口特有的軟件和硬件另一部分是用戶數據——用戶識別卡(SIM)GSM支持這么多數據業(yè)務,但是它基本上還是為了話音業(yè)務和低速數據業(yè)務設計的第四十八頁,共九十八頁,2022年,8月28日GRPSGRPS是GeneralPacketRadioServiceGPRS是一項高速數據處理的科技,即以分組的“形式”把數據傳送到用戶手上GPRS擁有171.2kbps的訪問速度GPRS是基于包轉發(fā)機制的GPRS是根據數據流量收費的GPRS完全支持了移動Internet的功能GPRS的缺點是:一個蜂窩小區(qū)內容量有限,并且實際數據傳輸速度遠低于理論值第四十九頁,共九十八頁,2022年,8月28日CDMACDMA全稱碼分多址接入技術(CodeDivisionMultipleAccess)建立在正交編碼、相關接收的理論基礎上運用擴頻通信技術解決無線通信的選址問題的多址接入方式在CDMA技術中,先用一個擴頻碼(spreadingcode)對數據進行調制,然后傳輸CDMA還有一個非常顯著的優(yōu)點是它能充分利用多路衰減現象第五十頁,共九十八頁,2022年,8月28日CDMA與GSM/GPRS比較GSM/GPRS系統有一個缺點,就是移動臺在跨越兩個蜂窩小區(qū)的時候,要先跟原來所在的小區(qū)的基站斷開連接,然后跟后來所在的小區(qū)的基站進行連接,這個稱為先斷后連的轉臺(handover),又稱為硬轉臺(hardhandover)。這種情況下,正在進行的通話可能斷開。而這種情況在CDMA技術中就不存在了,因為所有的基站都使用相同的頻道,所以完全可以在斷開之前先跟下一個基站連接好,這稱為先連后斷的轉臺,又稱為(softhandover)。CDMA的信號功率遠小于GSM等系統的功率,所以其輻射也很小,這對人體健康可能有一定好處第五十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日從1G到3G,4G隨著對通信業(yè)務種類和數量需求的劇增業(yè)務類型主要限于語音和低速數據的第二代移動通信系統已不能滿足需要,大容量、高速率、全方位的第三代移動通信系統(3G)應運而生1G網絡(NMT,C-Nets,AMPS,TACS)是最早的模擬蜂窩系統2G網絡(GSM,cdmaOne,DAMPS)是最早的數字蜂窩系統3G網絡(UMTSFDDandTDD,cdma20001xEVDO,cdma20003x,TD-SCDMA,AribWCDMA,EDGE,IMT-2000DECT)是目前已投入商用的帶寬最高的無線通訊網絡系統4G:應該是集3G與WLAN于一體,4G系統在移動過程中,可以達到10Mb/s至20Mb/s的數據帶寬,甚至可以達到100Mb/s,能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。第五十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日3G的數據業(yè)務范圍移動音頻業(yè)務通過互聯網協議傳送聲音靜態(tài)圖像移動圖像虛擬本地環(huán)境電子代理未來的移動手持設備將不僅是現在的移動電話一樣以通話作為主要功能,而將是一種移動通訊設備跟移動計算設備的結合,也就是智能手機(IntelligentCellPhone)第五十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日3、構建嵌入式系統開發(fā)平臺0、評估板1、入門級
2、訓練級3、高手級4、大師級第五十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日0、評估板目標板(Target)嵌入式應用軟件的實際運行環(huán)境也可是替代實際環(huán)境的仿真系統目標板體積小、集成度高目標板的外圍設備輸入設備可以有鍵盤、鼠標、串口、紅外口、觸摸屏等輸出設備可以有顯示器、串口、液晶屏等硬件資源有限第五十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日1、入門級:用一個開發(fā)商支持的開發(fā)模塊(操作系統+硬件開發(fā)模塊(購買或租借)+開發(fā)系統),目標是搭建一個系統。相應的開發(fā)套件為:(1)
華恒HHCO5272-LCD-IDE-R1嵌入式Linux開發(fā)套件研究意義:ColdFire5272(內置10/100以太網,66MHz),UcLinux(源代碼支持)(2)
WH5307SDK(模塊WH5307SOM+電路板WH5307DB+SDK軟件)研究意義:ColdFire5307(88.472MHz),UcLinux,嵌入式Internet第五十六頁,共九十八頁,2022年,8月28日2、訓練級:用Linux等在現有硬件模塊上跑起來,并對部分應用模塊進行裁剪。應用開發(fā)的仿真。(1)
以色列786CoreModule
研究意義:PC兼容單板機,CeleronorPentium-IIIselection,400-700MHz支持包括Linux、Dos(支持網絡功能)、VxWorks和WindowsCE/98/NT等多種操作系統(2)
ARM教育版DeltaOS開發(fā)套件(DeltaCore+LambdaIDE+ARM7EHP)研究意義:DeltaOS,LambdaTOOL,ARM7單板機第五十七頁,共九十八頁,2022年,8月28日3、高手級:修改部分內核,重建操作系統,熟悉多個操作系統與多個處理器。著手定制硬件模塊。(1)
CAD-ULWorkbench研究意義:X86系列CPU的開發(fā)環(huán)境和工具處于業(yè)界領先位(2)
CodeWarrior*IDE研究意義:
提供統一的圖形用戶界面來集成各種開發(fā)工具,支持多種主機平臺、多種編程語言、多種處理器和多種實時操作系統,稱為下一代集成開發(fā)環(huán)境。第五十八頁,共九十八頁,2022年,8月28日(3)
pRISM+研究意義:是一個集成多種嵌入式應用系統開發(fā)、分析、測試工具的綜合開發(fā)環(huán)境,是與pSOS實時操作系統結合得最緊密的集成開發(fā)環(huán)境。Tornadol/VxWorks(4)
TMS320VS5471DevelopmentBundle(LinuxOS,drivers,utilities,GNUARM+C54xLinuxtools研究意義:DSP54xx+ARM7雙核處理器(5)
Intel無線移動嵌入式開發(fā)平臺—SA1110研究意義:StrongARM,PDA,藍牙協議,WinCE第五十九頁,共九十八頁,2022年,8月28日4、
大師級:自己動手搭建操作系統內核,擁有自有產權的硬件產品。(1)
CCS2.1(OMAP研究意義:DSP55xx+ARM9,高性能嵌入式處理器之一(2)
PXA250/210開發(fā)平臺1:Intel?PCADevelopmentKits開發(fā)平臺2:Accelent'sPXA250basedIDPs研究意義:PXA,Intel的XScale架構,高性能嵌入式處理器之一
第六十頁,共九十八頁,2022年,8月28日4、SOCSystemOnChip:系統級芯片VLSI工藝技術->器件特征尺寸越來越小,芯片規(guī)模越來越大數百萬門級的電路集成在一個芯片上兼容工藝技術->將差別很大的不同種器件在同一個芯片上集成第六十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日具備完整系統結構與功能的芯片包含可執(zhí)行控制/運算或信號處理功能的處理器、內存、外圍電路及系統IP特定邏輯電路第六十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日單片數字系統把功能復雜的若干個數字邏輯電路放在同一個芯片上SOC還包括其它類型的電子功能器件模擬器件專用存貯器射頻器件MEMS系統級芯片起碼應在單片上包括數字系統和模擬電子器件。第六十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日單片系統級芯片Vs多芯片系統速度功耗成本專用第六十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日SOC的優(yōu)勢1、降低耗電量2、減少體積3、增加系統功能4、提高速度5、節(jié)省成本第六十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日一:系統級芯片特點1、規(guī)模大、結構復雜。數百萬門乃至上億個元器件設計規(guī)模電路結構包括MPU、SRAM、DRAM、EPROM、閃速存貯器、ADC、DAC以及其它模擬和射頻電路采用被稱為知識產權(IP)的更大的部件或模塊第六十六頁,共九十八頁,2022年,8月28日2、速度高、時序關系嚴密。高達數百兆的系統時鐘頻率各模塊內和模塊間錯綜復雜的時序關系問題:時序驗證、低功耗設計以及信號完整性和電磁干擾、信號串擾等高頻效應第六十七頁,共九十八頁,2022年,8月28日3、時序匹配采用深亞微米工藝加工技術,在深亞微米時走線延遲和門延遲成為主要因素復雜的時序關系,電路中時序匹配困難深亞微米工藝的十分小的線間矩和層間距,線間和層間的信號耦合作用增強,再加之十分高的系統工作頻率,電磁干擾、信號串擾現象,給設計驗證帶來困難第六十八頁,共九十八頁,2022年,8月28日二、SOC設計技術1、設計再利用IP復用:IntellectualProperty自主知識產權芯核(CORE):將已經驗證的各種超級宏單元模塊電路制成芯核第六十九頁,共九十八頁,2022年,8月28日芯核通常分為三種硬核,具有和特定工藝相連系的物理版圖,己被投片測試驗證。可被新設計作為特定的功能模塊直接調用軟核,是用硬件描述語言或C語言寫成,用于功能仿真固核(firmcore),是在軟核的基礎上開發(fā)的,是一種可綜合的并帶有布局規(guī)劃的軟核。第七十頁,共九十八頁,2022年,8月28日常用復用方法依靠固核,將電阻晶體管級(RTL級)描述結合具體標準單元庫進行邏輯綜合優(yōu)化,形成門級網表,再通過布局布線工具最終形成設計所需的硬核在深亞微米(DSM)下很難用軟的RTL綜合方法達到設計再利設計方法從電路設計轉向系統設計第七十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日設計重心原重心:邏輯綜合、門級布局布線、后模擬現重心:系統級模擬,軟硬件聯合仿真,以及若干個芯核組合在一起的物理設計第七十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日IP可復用第七十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日2、低功耗設計1)降低工作電壓:太低工作電壓將影響系統性能->不可行方法1:采用空閑(Id1e)模式和低功耗模式:系統處于等待狀態(tài)或處于低電壓低時鐘頻率的低功耗模式方法2:采用可編程電源第七十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日2)在電路組態(tài)結構方面盡可能少采用傳統的互補式電路結構互補電路結構每個門輸入端具有一對P、NMOS管,形成較大的容性負載,CMOS電路工作時對負載電容開關充放電功耗占整個功耗的百分之七十以上深亞微米的電路結構組態(tài)多選擇低負載電容的電路結構組態(tài),如開關邏輯,Domino邏輯以及NP邏輯,使速度和功耗得到較好的優(yōu)化。第七十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日3)低功耗的邏輯設計一個數百兆頻率的工作的系統不可能處處都是幾百兆頻率工作對于電路中那些速度不高或驅動能力不大的部位可采用低功耗的門,以降低系統功耗盡可能用低功耗的單元電路第七十六頁,共九十八頁,2022年,8月28日4)采用低功耗電路設計技術,MOS輸出電路幾乎都采用一對互補的P、NMOS管,在開關過程中,在瞬間存在兩個器件同時通導,造成很大功耗,對系統級芯片引出腿多,電路頻率高,這一現象更存嚴重,回此在電路設計時應盡可能避免這一問題出現以降低功耗第七十七頁,共九十八頁,2022年,8月28日
3、可測性設計技術三種方法:(1)并行直接接入技術(2)串行掃描鏈接入法(3)接入功能測試機構(存儲器芯核測試常用)完整的系統級芯片測試應包括芯核內部測試,周圍邏輯電路進行跨芯核的測試,以及對用戶自定義邏輯電路的測試第七十八頁,共九十八頁,2022年,8月28日4、深亞微米SOC的物理綜合物理綜合過程分為初始規(guī)劃、RTL規(guī)劃和門級規(guī)劃三個階段初始規(guī)劃階段,首先完成初始布局,將RTL模塊安置在芯片上,并完成I/O布局,電源線規(guī)劃。根據電路時序分折和布線擁擠程度的分析,設計人員可重新劃分電路模塊。通過頂層布線,進行模塊間的布線。并提取寄生參數,生成精確線網模型,確定各個RTL模塊的時序約束,形成綜合約束第七十九頁,共九十八頁,2022年,8月28日RTL規(guī)劃階段是對RTL模塊進行更精確的面積和時序的估算。通過RTL估算器快速生存門級網表,再進行快速布局獲得RTL模塊的更精確描述。并基于這種描述對布局頂層布線、管腳位置進行精細調整。最后獲得每一RTL模塊的線負載模型和精確的各模塊的綜合約束第八十頁,共九十八頁,2022年,8月28日門級規(guī)劃是對每一RTL級模塊獨立地進行綜合優(yōu)化,完成門級網表,最后進行布局布線。對每一RTL模塊和整個芯片綜合產生時鐘樹。還進行時序和線扔擠度分析,如果發(fā)現問題,可進行局部修改。由于物理綜合過程和前端邏輯綜合緊密相連,邏輯綜合是在布局布線的基礎上進行,因此延遲模型準確,設計反復較少第八十一頁,共九十八頁,2022年,8月28日5、設計驗證硬件/軟件協同驗證技術第八十二頁,共九十八頁,2022年,8月28日設計與驗證并行的模式
從規(guī)格說明(Specification)確定起,采用驗證與設計并行的模式,正確預測項目時間進度,及早的發(fā)現功能Bug,及時修正RTL代碼,實現設計周期的可控性,保證項目進度按時完成第八十三頁,共九十八頁,2022年,8月28日三:硅加工技術是單片系統設計成功的關鍵因素CMOS數字邏揖加工工藝掩模工藝系統對存貯器的技術要求第八十四頁,共九十八頁,2022年,8月28日SOC實例1矽統科技推出的SoC產品SiS550單芯片整合了X86CPU,南橋與北橋及GUI引擎,并支持2D繪圖引擎、DFP/TV輸出、DSTN、PCI/USB/IDE、六聲道音效、LPT/CIR控制器與FlashROM的接口,提供給客戶功能最齊全的解決方案。SiS550定位在單一用途、功能簡易的IA產品上,如I-Box上網機、Web-Pad、Thin-Client、PocketPC與IPC等第八十五頁,共九十八頁,2022年,8月28日
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