片上系統(SOC)設計流程及其集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　那么，從板級電子系統設計到芯片級電子系統設計轉變將導致哪些方面的變化?主要表現在如下幾個(gè)方面：

　　(1)在設計描述工具方面，傳統的板級電子系統設計主要采用電路原理圖和元器件外形封裝圖作為設計描述語(yǔ)言工具，而現在的芯片級電子系統設計主要采用文本方式的硬件描述語(yǔ)言(HDL——Hardware Description Language)作為設計描述語(yǔ)言工具；

　　(2) 在設計流程方面，板極電子系統設計主要經(jīng)歷電子系統原理圖設計與仿真、印刷電路板(PCB)設計與仿真分板(包括信號完整性分析、電磁兼容性分析等)等二個(gè)階段，而芯片級電子系統設計通常需要經(jīng)歷系統級設計與仿真、算法級設計與仿真、寄存器傳輸級(RTL)設計與仿真、邏輯綜合與驗證、版圖設計綜合與驗證等5個(gè)階段；

　　(3)在軟硬件協(xié)同設計方面，板級電子系統設計所采用的方法是先進(jìn)行硬件系統設計后再進(jìn)行軟件系統設計的方法，難以實(shí)現軟硬同步設計或協(xié)同設計，而芯片級電子系統設計可以比較容易實(shí)現軟硬件同時(shí)設計或協(xié)同設計；

　　(4)在設計實(shí)現方面，板級電子系統設計主要基于具有特定功能的集成電路器件，而芯片級電子系統設計主要是基于具有特定功能的電路模塊——知識產(chǎn)權核(IP核)。因此，板級電子系統設計與芯片級電子系統設計無(wú)論是在設計方法上還是在設計工具方面都發(fā)生了較大的變化。

　　隨著(zhù)現代信息技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品生命周期越來(lái)越短，特別是電子工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，基于深亞微米和超深亞微米的超大規模集成電路技術(shù)的片上系統(SOC) 芯片需求日益擴大，傳統的板級電子系統設計方法已不能適應產(chǎn)業(yè)界對電子產(chǎn)品需求。因此，基于知識產(chǎn)權(IP)核復用的芯片級電子系統設計方法將成為嵌入式系統設計的主流方式。

　　2 基于可編程片上系統(SoPC)的設計流程

　　基于可編程片上系統(SOPC)的芯片級電子系統設計主要有兩大支撐點(diǎn)：可編程片上系統器件所能提供的片上資源和可復用IP核庫所能提供的IP核資源。其中，可編程片上系統器件所能提供的片上資源是由集成電路工藝技術(shù)發(fā)展決定的，對于系統設計者來(lái)講，應根據設計要求盡量選擇合適的器件；可復用TP核庫所能提供的IP核資源需要通過(guò)系統設計者自行建設。在基于SOC的電子系統設計中，針對各類(lèi)專(zhuān)門(mén)技術(shù)、專(zhuān)門(mén)應用、專(zhuān)門(mén)工具、專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工藝、專(zhuān)門(mén)產(chǎn)品的IP資源庫的建設和共享已形成一種規范，貫穿在系統設計的全過(guò)程。圖1為典型的基于IP核庫的片上系統(SOC)設計流程。

　　從圖1可以看出，在基于可編程上系統(SOPC)的嵌入式系統設計流程中，除了需要強有力的EDA設計工具支持外，離開(kāi)充分的資源庫的支持，可以說(shuō)是寸步難行，并且必將失去競爭力。從總體上講，各個(gè)層次的IP庫和EDA工具是芯片級電子系統設計者必備的兩翼，可選的IP核庫資源是一種設計者能力的表征。圖 2為芯片級電子系統設計中自頂向下設計方法的流程中所依賴(lài)的庫支持說(shuō)明。

 　　在圖1的片上系統(SOC)設計流程中，除了需要強有力的IP核庫和EDA工具支持外，與傳統的專(zhuān)用集成電路(ASIC)設計流程最明顯的區別就是——軟硬件協(xié)同設計，圖3給出軟硬件協(xié)同設計的一般流程。在軟硬件協(xié)同設計的過(guò)程中，傳統的硬件描述語(yǔ)言(VHDL、Verilog HDL)和軟件設計語(yǔ)言(C/C++)是無(wú)法適應軟硬件協(xié)同設計這一種新的設計方法上的突破，為此必須使用新的系統級描述語(yǔ)言——System C(或其他類(lèi)似語(yǔ)言)才能完成。

　　軟硬件協(xié)同設計通常是從一個(gè)給定的系統任務(wù)開(kāi)始的，通過(guò)有效地分析系統任務(wù)和所需要的資源，采用一系列的變換方法并且遵循特定的準則，自動(dòng)生成符合系統功能要求的、符合實(shí)現代價(jià)約束的硬件和軟件框架。這種全新的軟硬件協(xié)同設計思想需要解決許多問(wèn)題：系統級建模、系統級描述語(yǔ)言、軟硬件劃分、性能評估、協(xié)調綜合、協(xié)同仿真和協(xié)同 驗證。