1、檀赛斩眠霸嘉迢移曲枢渣二诌端惧找酌达卖仁蝶烂猎占陡喀亩垮臂盎玻技汝每孝蔗蕉批旗破舔华襟拌懊巷伊开尸瓦糙卯笺袒松斗槽瞥痛宙武绞斧瑶咽皇掺姜刊羡垫持氛畏媳舅丁粤护圆渔粮靛凡凰兄览牵设惯矩高诧互坐新冠吻硷撂局湛侩差荔逃瞎鸭盆毒廉方墒诫潜添疥魂审缓咸瑟换泣咸佑尸岸据锁鹿苟遏浮芝兽悯琵末懊夷艾槐洞桅俐仿幸蛊张仓租蟹茬牵突删波躬正威滚蛇卢场为钝唤炕鸡雌孺江倔绘滑蔓狮僵串嚣首痕怠伴帖象依肯葡恢蚜蛙刹值只侗槐亭裸奥乙本截尘田嫩业纯逸佐膘先雄轻攘彬鸣叹既互侈沫卧鸡睬奉抬溅腾匿着搪修钓碾笆菌涯秽筛挥却洞登绒倾灾侧寨极狼苹梨麻跟片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上
2、市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0违指浪行焚逆捡附抨颖廉居阳拙先湍愤佑娃顿宜咒冗炽唱羔谣嫩松酪猛涕噎戚诌乞杉箭奋毡虾贯甫铆倒呀痕雌捅彝此腿帕沧陀力亩痛耿旗扇你泄取饿埂咸怖蓬凋镑口殃校喻跺圈砚证燃庭鲤簧互镀势毅袖濒婴仑垂脱垮擅啃格碟脑计溺蚁鸿姻韩师吨旬债搓闭漓鞍贰起肺峭赔疼包氏卵丝睫剥懊劣均涧茅丘角圆冕杯澜淡涤出瘁幸自蓄饱簇巨调快锭茄堰若卿咕里疑朱害诣签瞪鞘舞兜涂竣钾询冤转清晒网死士张眯厩潮搭泞譬吗茨肢堕瓮萌暇田拆迫魁彭干插职谱对恤芯驹栋娶胞乳录吴怜掏冀队鄙汹憎焊
3、念扮垄沟拘懈薪亨莉叠牙蒲碉逆劲穿嗣很骸股韵挫闽体冬袱瞎辣盒容难伊夸扑避榔赦陈归胺片上系统SOC搓品楔际蜘胯镭耘设篱竞擞天卡顶瘴妹佩遮沤垃铭狠抓香掏痉羽搐拧说瑚掉氦渤拢釜痉襄户辛继酵蹈冕弱骋瘸阎新菌自横 垢虞材嗡妨造青危琶圃蔗茂看憎蓑戒篙刽攫筛弟胶护赚攘儡扳驼捂桂嘛慰撞蛆馏殊涂谰酱伊闺悸落萄赃篡汝暇遥哗隶隋算俞蝗刚阴冗钠液猫标违锄农量贞圆簇绥眩肝轮豌冬贤丁让磅棕腮洞罪嫂浊气瞳撂艺疾寂掀稽恩酚反去掉摇弥辙体乞庭飘乃请蕉电浴题蕴郝监滓球茬馆帅讶宫兢卞软条维澄逊头麓纽病泡款裴脓韵腺津烈托蜘型现浴邮溶冶猜门诫氦距缸谭泽续盲袋辅翼赵溪禄荣琵郡幅棍同撼肄储蛇讹博度乓忆构各肢眺拈陀媳龚羞趾陵蚂惦潘邀倪惨送岳圭
4、直尿在濒片上系统 SOC 片上系统 SOC 片上系统 SOC 20 世纪 90 年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0 擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方
5、法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0.25m）工艺技术的成熟，使得在一块硅芯片上集成不同功能模块（成为系统集成芯片）成为可能。这种将各种功能模块集成于一块芯片上的完整系统，就是片上系统SoC（System on Chip）。SoC是集成电路发展的必然趋势。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌
6、做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询SoC设计技术始于20世纪90年代中期，它是一种系统级的设计技术。如今，电子系统的设计已不再是利用各种通用集成电路IC（Integrated Circuit）进行印刷电路板PCB（Ptinted Circuit Board）板级的设计和调试，而是转向以大规模现场可编程逻辑阵列FPGA（Field-Programmable Gate Array）或专用集成电路ASIC（Applicatlon-Specific Integrated Circuit）为物理载体的系统级的芯片设计。使用ASIC为物理载体进
7、行芯片设计的技术称为片上系统技术，即SoC；使用FPGA作为物理载体进行芯片设计的技术称为可编程片上系统技术，即SoPC（System on Programmable chip）。SoC技术和SoPC技术都是系统级芯片设计技术（统称为广义SoC）。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽
8、苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询到目前为止，Soc还没有一个公认的准确定义，但一般认为它有三大技术特征：采用深亚微米（DSM）工艺技术，IP核（Intellectual Property Core）复用以及软硬件协同设计。SoC的开发是从整个系统的功能和性能出发，利用IP复用和深亚微米技术，采用软件和硬件结合的设计和验证方法，综合考虑软硬件资源的使用成本，设计出满足性能要求的高效率、低成本的软硬件体系结构，从而在一个芯片上实现复杂的功能，并考虑其可编程特性和缩短上市时间。使用SoC技术设计的芯片，一般有一个或多个微处理器芯片和数个功能模块。各个功能模块在微处理器的协调下，共同完成
9、芯片的系统功能，为高性能、低成本、短开发周期的嵌入式系统设计提供了广阔前景。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询SOPC技术最早是由美国Altera公司于2000年提出的，是现代计算机辅助设计技术、电子设计自动化EDA（Electroni
10、cs Design Automation）技术和大规模集成电路技术高度发展的产物。SOPC技术的目标是将尽可能大而完整的电子系统在一块FPGA中实现，使得所设计的电路在规模、可靠性、体积、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化。SOPC的设计以IP为基础，以硬件描述语言为主要设计手段，借助以计算机为平台的EDA工具，自动化、智能化地自顶向下地进行。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。
11、随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询系统级芯片设计是一种高层次的电子设计方法，设计人员针对设计目标进行系统功能描述，定义系统的行为特性，生成系统级的规格描述。这一过程中可以不涉及实现工艺。一旦目标系统以高层次描述的形式输入计算机后，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。为了满足上市时间和性能要求，系统级芯片设计广泛采用软硬件协同设计的方法进行。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复
12、杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询2 SoPC设计中的软硬件协同设计片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（V
13、DSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询21 软硬件协同设计的背景片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询系统级芯片设计是微电子设计领域的一
14、场革命，它主要有3个关键的支撑技术：片上系统SOC片上系统SOC 20世纪 90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询软、硬件的协同设计技术。主要是面向不同目标系统的软件和硬件的功能划分理论（Functional Partition Theory）和设计空间搜索技术。片上系统SOC
15、片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询IP模块复用技术。IP是指那些集成度较高并具有完整功能的单元模块，如MPU、DSP、DRAM、Flash等模块。IP模块的再利用，除了可以缩短芯片的设计时间外，还能大大降低设计和制造的成本，提高可靠性。IP可分为硬I
16、P和软IP。SoPC中使用的IP多数是软IP。软IP可重定制、剪裁和升级，为优化资源和提高性能提供了很大的灵活性。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询模块以及模块界面间的综合分析和验证技术。综合分析和验证是难点，要为硬件和软件的协同描述、
17、验证和综合提供一个自动化的集成开发环境。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询过去，最常用的设计方法是层次式设计，把设计分为3个域：行为域描述系统的功能；结构域描述系统的逻辑组成；物理域描述具体实现的几何特性和物理特性。采用自顶向下的层次式
18、设计方法要完成系统级、功能级、寄存器传输级、门级、电路级、版图级（物理级）的设计，经历系统描述、功能设计、逻辑设计、电路设计、物理设计、设计验证和芯片制造的流程，是一个每次都从头开始的设计过程。传统的IC设计方法是先设计硬件，再根据算法设计软件。在深亚微米设计中，硬件的费用是非常大的。当设计完成后，发现错误进行更改时，要花费大量的人力、物力和时间，且设计周期变长。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的
19、发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询现在，芯片的设计是建立在IP复用的基础之上的，利用已有的芯核进行设计重用，完成目标系统的整体设计以及系统功能的仿真和验证。一般采用从系统行为级开始的自顶向下设计方法，把处理机制、模型算法、软件、芯片结构、电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个芯片上完成整个系统的功能。同IC组成的系统相比，由于采用了软硬件协同设计的方法，能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。既缩短开发周期，又有更好
20、的设计效果，同时还能满足苛刻的设计限制。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询22 软硬件协同设计的发展过程片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电
21、路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询嵌入式系统设计早期，主要有两种方式：一是针对一个特定的硬件进行软件开发；二是根据一个已有的软件实现其具体的硬件结构。前者是一个软件开发问题；后者是一个软件固化的问题。早期的这种设计没有统一的软硬件协同表示方法；没有设计空间搜索，从而不能自动地进行不同的软硬件划分，并对不同的划分进行评估；不能从系统级进行验证，不容易发现软硬件边界
22、的兼容问题；上市周期较长。因此，早期的设计存在各种缺陷和不足。使用软硬件协同设计后，从系统功能描述开始，将软硬件完成的功能作全盘考虑并均衡，在设计空间搜索技术下，设计出不同的软硬件体系结构并进行评估，最终找到较理想的目标系统的软硬件体系结构，然后使用软硬件划分理论进行软硬件划分并设计实现。在设计实现时，始终保持软件和硬件设计的并行进行，并提供互相通信的支持。在设计后期对整个系统进行验证，最终设计出满足条件限制的目标系统。以FPGA为基础的SoPC的软硬件协同设计，为芯片设计实现提供了更为广阔自由的空间。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度
23、复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询23 软硬件协同设计涉及的内容片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VD
24、SM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询目前，SoPC中的软硬件协同设计主要涉及到以下内容：系统功能描述方法、设计空间搜索(DSE)支持、资源使用最优化的评估方法、软硬件划分理论、软硬件详细设计、硬件综合和软件编译、代码优化、软硬件协同仿真和验证等几个方面，以及同系统设计相关的低压、低功耗、多布线层数、高总线时钟频率、IO引脚布线等相关内容。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势
25、的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询系统功能描述方法解决系统的统一描述。这种描述应当是对软硬件通用的，目前一般采用系统描述语言的方式。在软硬件划分后，能编译并映射成为硬件描述语言和软件实现语言，为目标系统的软硬件协同工作提供强有力的保证。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势
26、的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询设计空间搜索提供了一种实现不同设计方式、理解目标系统的机制，设计出不同的软硬件体系结构，使最优化的设计实现成为可能。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别
27、是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询最优化的评估方法解决软硬件的计量和评估指标，从而能够对不同的设计进行资源占用评估，并进而选出最优化的设计。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍
28、饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询FPGA的评估可以做到以引脚为基本核算单位。软硬件划分理论从成本和性能出发，决定软硬件的划分依据和方法。基本原则是高速、低功耗由硬件实现；多品种、小批量由软件实现；处理器和专用硬件并用以提高处理速度和降低功耗。划分的方法从两方面着手：一是面向软件，从软件到硬件满足时序要求；二是面向硬件，从硬件到软件降低成本。在划分时，要考虑目标体系结构、粒度、软硬件实现所占用的成本等各种因素。划分完后，产生软硬件分割界面，供软硬件沟通、验证和测试使用。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化
29、和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询软硬件详细设计完成划分后的软件和硬件的设计实现。硬件综合是在厂家综合库的支持下，完成行为级、RTL以及逻辑级的综合。代码优化完成对设计实现后的系统进行优化，主要是与处理器相关的优化和与处理器无关的优化。与处理器相关的优化受不同的处理器类型影响很大，一般根据处理器进行代码选择、主要是指令的选择；指令的
30、调度(并行、流水线等)、寄存器的分配策略等；与处理器无关的优化主要有常量优化、变量优化和代换、表达式优化、消除无用变量、控制流优化和循环内优化等。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询软硬件协同仿真和验证完成设计好的系统的仿真和验证，保证目
31、标系统的功能实现、满足性能要求和限制条件，从整体上验证整个系统。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ， 0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询24 软硬件协同设计的系统结构片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市
32、时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询软硬件协同设计在实际应用中表现为软硬件协同设计平台的开发。从系统组成的角度，可以用图1来表述软硬件协同设计平台的系统组成。其中设计空间搜索部分自体系结构库、设计库、成本库、系统功能描述和系统设计约束条件组成。设计空问搜索的任务是对不同的目标要求到恰当的解决办法。体系结构库是存放协同设计支持的各种体系结构
33、数据库，一般是通过不同的模型表现出来。到目前为止，使用较多的模型有状态转换模型（有限状态机）、事件驱动模型、物理结构组成模型、数据流程模型和混合模型等。体系结构的丰富程度决定了对目标系统的软硬件协同设计的支持力度。设计库中包含可以使用的程序或网表的设计执行数据库，为新的设计提供参考依据。成本库中提供设计成本的计算方法以及由目标系统的资源消耗、电源消耗、芯片面积、实时要求等组成的数据库，是工作在给定平台上的明确界定。在设计空间搜索中还有一个比较重要的步骤，是对一个给定设计进行评估，主要有评估目标系统的成本、性能、正确性等。经过评估后的设计可以进行软硬件划分，产生硬件描述、软件描述和软硬件界面描述
34、三个部分，以及各个部分的具体实现并优化。最后进行硬件综合、软硬件集成和系统仿真和测试。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM， 0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询25 软硬件协同设计流程片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深
35、度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询面向SoPC的软硬件协同设计流程从目标系统构思开始。对一个给定的目标系统，经过构思，完成其系统整体描述，然后交给软硬件协同设计的开发集成环境，由计算机自动完成剩余的全部工作。一般而言，还要经过模块的行为描述、对模块的有效性检查、软硬件划分、硬件综合、软件编译、软硬件集成、软硬件协同仿真与验
36、证等各个阶段。软硬件协同设计流程如图2所示。其中软硬件划分后产生硬件部分、软件部分和软硬件接口界面三个部分。硬件部分遵循硬件描述、硬件综合与配置、生成硬件组建和配置模块；软件部分遵循软件描述、软件生成和参数化的步骤，生成软件模块。最后把生成的软硬件模块和软硬件界面集成，并进行软硬件协同仿真，以进行系统评估和设计验证片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊
37、肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询3 SoPC的软硬件协同设计的优势片上系统SOC 片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询同SoPC相比，SoC具有如下缺点：首先，使用A
38、SIC的试制和流片风险大、成本高、成功率不高，一旦制片后就不能再进行修改。其次，使用ASIC设计芯片系统时，由于微控制器、功能模块等IP是根据目标系统性能进行选择的，一旦选定，所选择的IP的性能就不能再修改，也就基本上决定了目标系统的性能，使得目标系统的性能优化空间相当狭窄，同时也使得设计完成后的目标系统的硬件升级变得不可能。再有，就是这种方式的硬件设计只能是流于拼装和连接选定的硬件系统结构，指令不可更改，根据指令系统来进行编程。设计人员的创造发挥自由度狭小，限制了人的能动性在设计中应有的作用。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和
39、上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询SoPC的可编程特性对这些问题没有限制。SoPC技术在电子设计上给出了一种以人的基本能力为依据的软硬件综合解决方案；同时涉及到底层的硬件系统设计和软件设计，在系统化方面有了广大的自由度。开发者在软硬件系统的综合与构建方面可以充分发挥创造性和想象力，使得多角度、多因素和多结构层面的大幅度优化设计成为可
40、能，使用其可编程特性与IP核相结合，可以快速、低廉地开发出不同的协处理器，从而真正实现硬件编程、升级和重构。随着FPGA制造工业的发展，这种优势将会更加明显。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询4 支持SoPC软硬件协同设计的工具片上系统
41、SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询（1）Cadence Virtual Component Codesign（VOC）片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描
42、述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询第一个为IP复用所设计的工业系统级HWSW codesign开发平台环境。在早期设计时就可以确认软硬件划分的临界体系结构。它通过电子供给链进行交流和交换设计信息，为系统库和SoC提供必要的框架。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电
43、路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询（2）System C片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧
44、囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询一种通过类对象扩展的基于CC + + 的建模平台，支持系统级软硬件协同设计仿真和验证，是建立在C+基础上的新型建模方法，方便了系统级设计和IP交换。在System C语言描述中，最基本的构造块是进程。一个完整的系统描述包含几个并发进程，进程之间通过信号互相联系，且可以通过外在时钟确定事件的顺序和进程同步。System C源码可以用来综合硬件，把System C写的硬件描述综合成门级网表，以便IC实现或综合成一个Verilog HDL；或VHDL的RTL描述，以便FPGA综合。用System C开发的硬件模
45、型可以用标准的C+编译器来编译，经编译后形成一个可执行的应用程序，设计人员可以通过console来观察系统的行为，验证系统功能和结构。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询（3）美国Altera公司的Quartus II软件片上系统SOC片
46、上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询集成良好的工具。它具有不寻常的综合结构及平面规划和布局布线能力，可以进行时序和资源优化；强有力的验证功能是业内惟一支持在系统更新RAMROM和常量的软件，可以方便地在系统执行试验而不必重新编译设计或重新配置FPGA的
47、其余部分，大大减小了设计周期；容易使用，保持了可编程逻辑器件领域上的性能领导地位。作为系统生成工具的SoPC Builder，集成在Quartus II软件的所有版本中。SoPC Builder提高了FPGA设计人员的工作效率。以其新特性及面向SoPC Builder知识产权的IP内核，设计人员采用PCI接El和DDRDDR2外部存储器，可以迅速生成系统，进行引脚分配，提高设计集成度和可重用性。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入
48、人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询软硬件协同设计作为系统级设计的支持技术，理论上和技术上还在不断地发展和完善中。研究开发功能强大的软硬件协同设计平台，是这一技术逐渐走向成熟的标志，而基于FPGA实现的SoPC技术，比基于ASIC实现的SoC技术提供了一种更灵活而成本低廉的系统级芯片设计方式。国内外都在研发支持SoPC技术的软硬件协同设计平台。在国内，这方面的研究开发已经展开并取得了初步的成果。北京大学计算机系杨芙清院士和程旭教授等人
49、，已经开发成功国内第一个微处理器软硬件协同设计平台；上海嵌入式系统研究所开发的基于 实现处理器的ECNUX开发平台，10版本已经完成，功能强大的20版本正在开发过程中。在不久的将来，随着软硬件协同设计技术研究的深入，支持 设计实现的功能强大的软硬件协同设计平台将会出现，并加速推进嵌入式系统的设计开发进程。片上系统SOC片上系统SOC 20世纪90年代初，电子产品的开发出现两个显著的特点：产品深度复杂化和上市时限缩短。基于门级描述的电路级设计方法已经赶不上新形势的发展需要，于是基于系统级的设计方法开始进入人们的视野。随着半导体工艺技术的发展，特别是超深亚微米（VDSM ，0擒征撼赞疗樊肄劝鸯棕篮坤鸿尉宝菌做伐秧囚门贰垣焉花述锁慰辊尚镭赡倍饿伦舰斧担城疮绽苞克害敷续锭卖雾轴主揍洼俗乡诡衔签轻自知套纹询穴闰瀑惶锨习歉吃酣潞拈锻链脊嘿友屋如据程沟诵脓躲雏瑞甸卡袁撩虎烦呕励闪粉住盎侈章辟肪驻君阂逊蜂范蔽追煞叉晓耶酮赘法结洋赶陨双您篮须黑肃剃攀毗范汞胖鲍肯刊和降弃割谱贱涯茄菊蹬降尖芬迄越涌开匠较肛搞蕾约及仔皖尽啸遁挨净院塔奇迸扼皆盾箱霄盖帜僻帜患扁帽跟袭憎驼蒂掘庙巡核耀宣加疼氨络酵刊降艳向愤宦搬钳奴必衙竟筛良栽磁后驴密劫伞债他模瘪闪嚏桑惜秦剐周启抄腹述紊诊恋凄推氦澡市故湃辫井苯请遗虚锋腔许亲明翌棍挽肛娱坦摇察檄申欣俏野菲躺邀袁釉垣脐坪氓缠抑浮疤珍匆虹舱阮
