下载文档原格式
soc设计流程及关键技术概述
SOC设计流程通常包括以下几个步骤：
1. 定义系统需求：明确系统需要实现的功能、性能指标和功耗限制等。
2. 架构设计：根据系统需求，设计SOC的硬件架构，包括处理器、内存、接口等模块。
3. 逻辑设计：根据硬件架构，进行逻辑设计和实现，包括模块的接口定义、时序约束、功耗优化等。
4. 仿真验证：通过仿真工具对逻辑设计进行验证，确保设计的正确性和可靠性。
5. 物理设计：将逻辑设计转换为物理版图，包括布局布线、时序分析、功耗分析等。
6. 测试与验证：对物理版图进行测试和验证，确保SOC的正确性和性能满足要求。
在SOC设计中，关键技术包括：
1. IP核复用技术：利用成熟的IP核进行芯片设计，可以大大减轻设计者的工作量并减少设计风险，同时缩短设计周期，快速迭代芯片产品，提供系统性能。
2. 总线设计：总线结构及互连设计直接影响芯片总体性能发挥，选用成熟的总线架构有利于SoC整体性能提升。
3. 优化技术：在SOC设计中，需要对硬件和软件进行优化，以降低功耗、提高性能和可靠性。
4. 测试技术：对SOC进行充分的测试和验证，确保其正确性和性能满足要求，是SOC 设计中不可或缺的一环。
总的来说，SOC设计是一个复杂的过程，需要掌握多种技术和工具，同时也需要不断学习和创新，以适应不断变化的市场需求和技术发展。
soc设计方法与实现SOC（系统芯片）设计是一种综合了硬件设计和软件开发的复杂系统设计。
在现代电子技术中，SOC的地位越来越重要。
它的应用范围广泛，包括嵌入式系统、移动设备、汽车电子、工业自动化等等。
SOC设计的过程主要包括以下几个步骤：1.需求分析：为了确保SOC的功能能够满足用户的需求，首先要对用户的需求进行分析，明确功能和性能指标。
2.架构设计：根据需求分析，确定硬件和软件的内容，进行系统架构设计。
确定SOC各个模块之间的通信方式以及各个模块的功能和性能指标。
3.电路设计：根据架构设计中各个模块的需求，进行电路设计。
这个过程包括电路原理图设计、电路仿真、PCB布局等等。
4.芯片设计：在电路设计的基础上，进行芯片设计。
这个过程包括RTL设计、综合、布局布线、仿真验证等等。
5.测试验证：完成芯片设计后，就要对芯片进行测试验证，以确保芯片的功能和性能指标是否达到了要求。
SOC的实现是一个综合工作，需要集成硬件和软件方面的各种技术，包括模拟电路设计、数字电路设计、嵌入式软件开发、工艺制程和封装测试等等。
在SOC的实现过程中，需要注意以下几点：1.硬件和软件的协同开发：硬件和软件开发环节必须要保持紧密的合作。
软件开发要尽早介入硬件开发的过程，以便对功能性问题进行验证和优化。
2.优化功耗和面积：在SOC设计中，功耗和面积是两个非常重要的指标。
为了满足应用场景的要求和市场需求，需要对功耗和面积进行优化。
3.技术的选择：SOC设计需要选择合适的工艺技术、模组技术和封装技术。
在不同的应用环境下，选择合适的技术能够为SOC设计提供更大的空间。
通过以上步骤的实现，SOC设计能够实现高度集成、低功耗、高性能和高可靠性的目标。
同时，我们还需要关注系统的可测试性、可维护性和可升级性等问题。
在未来的SOC设计中，我们需要持续创新和技术更新，以满足用户的需求和市场需求。
关于对《SoC设计方法与实现》的一点认识'|目录摘要 (3)一 SoC概述 (3)二SoC设计现状 (4)1 芯核的设计流程 ....................................... 错误!未定义书签。
2 软硬件协同设计的流程 ................................ 错误!未定义书签。
3 Soc的系统级设计流程.................................. 错误!未定义书签。
三 SoC发展的现状......................................... 错误!未定义书签。
（1 SoC在中国发展的现状.................................... 错误!未定义书签。
2 国外ＳＯＣ的发展现状 ................................... 错误!未定义书签。
四SOC的未来发展趋势.................................... 错误!未定义书签。
;\摘要通过将近四周的学习,我已经对SoC有了一些基本的认识。
在任课教师的指导下，我完成了此篇论文。
本文主要从什么是SoC ,SoC 有什么用途，SoC的设计，SOC发展的现状和未来趋势这五个方面来简单论述的，在论述的过程中查阅了一部分文献资料，并且兼顾含有了集成电路的相关知识。
关键词 SoC 用途发展趋势一 SoC概述\随着集成电路1技术进入新的阶段，市场开始转向追求体积更小、成本更低、功耗更少的产品，因此出现了将多个甚至整个系统集成在一个芯片2上的产品––系统芯片（system on a chip,SoC）。
系统芯片将原来由多个芯片完成的功能，集中到单个芯片中完成。
更具体地说，它在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，或者说在单一硅芯片上集成了数字电路、模拟电路、信号采集、1 1952年5月，英国皇家研究所的达默就在美国工程师协会举办的座谈会第一次提到了集成电路的设想。
ＵＳＢ接口且需要提供一个Ｂｕｌｋ通讯端Ｎｔ２７１，必须提供片上的存储空间，必须具备ＮＦＣ控制器。
同时为了满足设备性能上的需求，硬件平台最好还能够提供硬件的ＤＥＳ、＇ＩＤＥＳ支持，硬件的模冥运算加速器，ＥＣＣ差错校验码产生器、真随机数发生器等部件。
并提供足够的代码空问以存储控制系统。
３．１．１Ｚ３２ＵＦ芯片特性Ｚ３２ＵＦ芯片的是在方舟科技的Ａｒｃａ２ＣＰＵ核的基础上进行安全改造而成的Ａｒｃａ２ＳＣＰＵ核。
Ａｒｃａ２ＳＣＰＵ核是一款高性能低功耗微处理器内核，实现的是Ａｒｃａ第二版指令集。
Ａｒｃａ２ＳＣＰＵ核心采用五级流水和哈佛高速缓存结构。
它集成了带３２路全关联ＴＬＢ和段／页式物理地址保护的存储管理单元和ＩＫ字节的指令和数据高速缓存，使其具有高性能、低功耗的特点，并适合复杂的多应用系统。
Ｚ３２ＵＦ安全控制器芯片具备高处理能力、高安全性、多种接口、低功耗、低成本等特点。
该芯片可广泛应用于安全加密ｕ盘、指纹识别ＵＳＢＫＥＹ、大容量存储ＵＳＢＫＥＹ、桌面加密机、桌面型ＶＰＮ、商性能读卡器、手持ＰＯＳ机、加密板卡等设备上。
芯片通过丰富的ＧＰＩＯ接口、ＳＰＩＡＪＡＲＴ接口、Ｆｌａｓｈ主从接口、ＳＲＡＭ主从接口、７８１６读卡器接口等可以实现多种附加应用；该芯片的逻辑结构图如图３．１：图３．ＩＺ３２ＵＦ芯片的逻辑结构图根据芯片资料显示，Ｚ３２ＵＦ使用了国产的３２位Ａｒｃａ２ＳＣ高安全处理器核心，２０ＳＣＳＩ的英文全称是ＳｍａｌｌＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆａｃｅ，即小型计算机系统接口，这是一种专门为小型计算机系统设计的存储单元接口模式，它的前身是１９７９年由美国的施加特（Ｓｈｕｇａｒｔ）公司（希捷的前身）研发并制订的ＳＡＳＩ（ＳｈｕｇａｒｔＡｓｓｏｃｉａｔｅＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆｓｃｅ）标准，用于解决当时计算机和外存储器之间连接所需要的磁盘容量和数据传输速度不断提高的要求，１９８６年获得ＡＮＳＩ（美国标准协会）承认，并改名为ＳＣＳＩ，其文件标准号为ＡＮＳＩＸ３．１３１．１９８６１３３１。
基于NiosⅡ的U盘安全控制器设计与实现杨献超，苏锦海，张立朝摘要：针对U盘等存储设备的安全隐患及用户的安全需求，分析目前常见的解决方法，遵循灵活方便、高安全性的原则，利用SoPC技术，设计实现了一款基于NiosⅡ的U盘安全控制器。
详细论述了安全控制器的系统设计、硬件架构、固件划分和工作流程。
采用高强度的密码算法，对普通U盘中的数据进行扇区级的加解密，保证U盘中数据的安全，具有灵活安全、易于升级的特点。
关键词： U盘；USB主机；NiosⅡ；安全控制器目前，U盘等USB移动存储载体由于其容量大、价格低、携带方便、可靠性高等优点，得到了越来越广泛的应用，在生活、工作中随处可见。
然而，USB移动存储载体的便利性及其自身安全脆弱性的矛盾十分突出。
本文针对U盘的安全隐患，分析目前较为常见的解决方法，利用SoPC技术，设计实现了一款基于Nios Ⅱ处理器的U盘安全控制器。
该控制器位于PC机和U盘之间，通过对U盘进行扇区级的加解密操作，将普通U盘升级为安全U盘，保证U盘中数据的安全性。
控制器遵循USB MassStorage类协议，无需专用驱动，即插即用，具有灵活方便、安全性高等优点[1]。
1 安全控制器的整体设计1.1 安全U盘解决方案分析U盘最为突出的安全问题是其内部所存储的数据都以明文形式存储，任何人得到该存储载体，即可对其中的数据进行任意的操作。
因此，普通U盘一旦丢失，其存储的数据则毫无安全性可言。
针对这一问题，目前已经有多种解决方法，其中较为常见、安全性较高的是采用专用安全U盘的方法。
专用安全U盘的硬件架构如图1所示，主要由微处理器、存储芯片(NandFlash)、USB模块及加解密模块等组成[2]。
当U盘和PC机进行数据传输时，加解密模块在微处理器的控制下对数据流进行加解密操作，使得U盘存储芯片中的数据都以密文形式存在。
当PC机对数据进行读写时，首先需要进行身份认证，若认证不通过，则读写操作不能进行，即使攻击者将安全U盘物理分解，直接读取存储芯片，而由于存储芯片中的数据是以密文形式存在的，攻击者也只能获得数据的密文。
SoC芯片的设计与应用实践一、SoC芯片设计的基本原理SoC芯片是一种集成度非常高的芯片，可以集成CPU、存储器、通信接口、多媒体处理器及各种外设控制器等多种功能单元。
SoC 芯片的设计原理主要是将不同功能的模块集成到同一芯片内部，可以提高整体系统的性能和运行速度，同时也可以减少系统的体积和功耗，降低成本。
为了实现SoC芯片的设计，需要采用以下的技术方案：1.采用高性能的VLSI设计工具，对SoC芯片的各个模块进行设计和优化；2.采用现代的EDA工具进行设计和仿真，能够对芯片性能进行分析和优化；3.采用先进的封装技术，可以使SoC芯片更小、更散热和高的可靠性；4.采用高效的测试和验证技术，可以确保SoC芯片的稳定性和可靠性；5.采用高精度的工艺技术，可以提高芯片的集成度和制造效率。
二、SoC芯片的应用实践SoC芯片在各种应用场景中都具有广泛的应用，例如移动设备、工业控制、汽车电子、智能家居、物联网等。
下面我们以物联网行业为例，阐述一下SoC芯片的应用实践。
1.物联网传感器网络物联网中的传感器网络是SoC芯片的一个重要应用场景，其最主要的功能是通过传感器收集环境信息、物品状态等数据，通过无线网络传输到中心服务器进行处理和分析。
传感器所在的终端节点需要具备低功耗、低成本、低体积、高可靠等特性，常常采用SoC芯片来实现。
2.智能家居SoC芯片在智能家居这一领域中同样有着广泛的应用。
智能家居系统需要集成多种功耗低、响应速度快、通信稳定的不同传感器、控制器和执行器等设备。
通过将这些设备进行集成，可以实现一体化的智能家居控制系统，通过手机APP、云平台等方式，可以远程操控家居中的温度、湿度、照明等元素。
3.智能交通SoC芯片在智能交通这一领域中同样有着广泛的应用。
智能交通系统需要集成多种传感器、通信设备、控制器等设备，保障运输的安全性、顺畅性以及运营效率。
通过将这些设备进行集成，可以实现一体化的系统，提高道路流量监测、车辆信息处理等各种工作效率。
SOC芯片设计与实现技术研究一、SOC芯片的概念与发展SOC芯片全称System on a Chip System，翻译为“片上系统”，是将集成电路上的所有元器件、模块、接口、逻辑、存储器和微处理器等芯片集成在一起形成完整的系统。
SOC芯片发展到今天已经是非常成熟的技术，主要应用于移动通信、物联网、嵌入式系统、数字电视、汽车电子、医疗电子、家用电器等各个领域。
二、SOC芯片设计的主要流程SOC芯片设计的主要流程可以概括为：系统设计、芯片设计、验证测试和生产加工。
（一）系统设计在进行SOC芯片的设计之前，需要对系统进行全面的设计，考虑各种需求和限制，给芯片设计提供充分的指导和方向。
主要包括：1、需求分析：系统应具备的基本功能和应用场景，需要实现的算法和数据结构，以及实现的功能阈值。
2、结构设计：将系统按照不同功能，划分成不同的部分，形成芯片设计的基本框架。
3、电路设计：根据系统需求和芯片设计框架，进行电路设计，进行模拟和数字仿真。
（二）芯片设计在系统设计的基础上，对芯片进行设计，即根据需求和框架，将各个电路模块进行详细设计，并应用到最终的芯片中。
主要包括：1、逻辑设计：将系统要实现的所有逻辑功能，转化为逻辑设计语言，并进行逻辑仿真和验证，形成芯片的逻辑电路。
2、物理设计：将逻辑电路转化为物理电路，并进行布局和布线设计，形成芯片的物理结构。
3、验证测试：通过仿真模拟，验证芯片的功能和性能，对设计进行调整和修改。
（三）验证测试将设计好的芯片进行验证测试，检验芯片的功能和性能是否满足需求和规定的标准。
主要包括：1、逻辑验证：验证电路逻辑功能是否正确，符合设计要求。
2、物理验证：验证芯片的物理电路是否与设计相符，是否满足性能和功耗要求。
3、联调测试：确定芯片与外部系统的接口是否正确，调试芯片的设计和性能。
（四）生产加工在验证测试通过之后，将芯片进行生产加工，包括芯片加工、封装、测试和选品，形成完整的SOC芯片产品。
随着便携式设备的广泛使用，移动存储设备被广泛用于信息存储和传输。
在目前诸多存储设备中，U 盘凭借其体积小、容量大、携带方便、支持热插拔等诸多优点，得到了迅速的普及。
而且随着USB 技术的广泛应用，在各种SoC 系统中集成USB 功能也成为一种必然趋势。
所以对SoC 芯片中集成USB 接口的研究开发，具有较高的实用价值。
文中通过分析USB [1]协议，设计出了一种符合该协议的低速和全速的USB 设备控制器，并将该控制器与8051CPU 核，NandFlash ，UDC_Control 通过总线连接起来，组成了一个U 盘SoC 系统，并对此U 盘SoC 系统加以仿真验证。
1系统的整体设计现在的USB 控制器主要有两种：带USB 接口的单片机（MCU ）和纯粹的USB 接口芯片。
纯粹的USB 接口芯片仅处理USB 通信，必须有一个外部微处理器来进行协议处理和数据交换。
带USB 接口的单片机从应用上又可以分成两类，一类是从底层设计专用于USB 控制的单片机；另一类是增加了USB 接口的普通单片机，这类USB 控制器的最大好处在于开发者对系统结构和指令集非常熟悉，开发工具简单，但价格比较高，不利于产品升级和改型。
根据上述情况，文中介绍了一种U 盘SoC 设计：将CPU 和USB CORE 通过UDC_Control 模块连接起来，再加上NandFlash 模块，通过总线连接组成一个SoC 系统。
其整体框图如下图1所示。
2模块的详细设计2.1USBCORE此模块为该设计的核心模块，实现USB1.1总线接口层设备控制器的功能，是本文设计的重点。
USB 设备控制器[2]的架构框图如图2所示，rxdp 、rxdm 为从主机发送过来的信号，txdp 、txdm 为USB 模块发送给主机的信号。
其中MCU 通过控制SIE 来对USB 设备进行控制。
如图2所示，本设计分为6个模块。
下面分别介绍各个模块。
U 盘SoC 的设计与实现赵静1，刘卫东1，2（1.中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛266100；2.海信电器股份有限公司山东青岛266071）摘要：设计和实现了U 盘SoC 。
本系统包括USB CORE 和已验证过的CPU 核、Nandflash 、UDC_Control 等模块，模块间通过总线进行通信。
其中USB CORE 为本文设计的重点，用Verilog HDL 语言实现，同时并为此设计搭建了功能完备的Modelsim 仿真环境，进行了仿真验证。
关键词：U 盘；片上系统；USB ；Verilog HDL 中图分类号：TN402文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）23-0184-03Design and realization of system on chip of USB flash diskZHAO Jing 1，LIU Wei -dong 1，2（1.College of Information Science and Engineering ，Ocean University of China ，Qingdao 266100，China ；2.Hisense Electric Ltd.，Qingdao 266071，China ）Abstract:The system on chip of USB flash disk is designed and implemented.This system includes USB CORE 、verified CPU CORE 、Nandflash and UDC_Control.Modules communicate with B CORE is a core module of this design which is Implemented with verilog HDL .And for this design ，building a fully functional Modelsim simulation environment to simulate and verify.Key words:USB flash disk ；system on chip ；USB ；Verilog HDL收稿日期：2012-08-08稿件编号：201208027作者简介：赵静（1987—），女，河南新乡人，硕士研究生。
研究方向：集成电路设计。
电子设计工程Electronic Design Engineering第20卷Vol.20第23期No.232012年12月Dec.2012图1U 盘SoC 的整体框图Fig.1Frame diagram of SoC of USB flash disk图2USB 设备控制器的架构框图Fig.2Frame diagramof USB device controller2.1.1rx 模块rx 模块是总线接收模块，实现USB 数据传输接收物理层的功能，把串行的USB 数据去掉数据包头，进行NRZI 解码，去掉填充位，并将串行的数据转换成并行的8位数据。
然后将数据送往下一模块处理。
本模块又分为dpll 、解码和总线状态监测模块。
如图3所示。
dpll模块用48MHz 的时钟把总线上传输的时钟和数据信号恢复出来。
用48MHz 的时钟对总线上的数据信号进行采样，以去掉抖动，然后产生总线信号电平变化的指示信号change 信号，change 信号的改变可控制采样点，从而保证数据信号的采样点固定在每位数据信号的中央。
NRZI 解码模块检测到同步头后，根据NRZI 的原理，将rxdp 和rxdp 延后一拍的数据进行同或操作，得到的数据经过去填充位，串并转换后，送入解包模块。
总线状态监测模块监测总线的状态，置位suspend ，resume ，reset 等状态指示信号。
若Idle 时间超过3ms 时，就将suspend 信号置高，在suspend 状态时检测到总线信号变化时，将resume 信号置高，若se0时间超过2.5μs 时，就将reset 信号置高。
2.1.2解包模块本模块接收从rx 模块送过来的并行数据，按照USB 数据包协议规范对接收的数据进行解释，并对数据做CRC 校验，给出当前接收包的类型，根据不同类型的包的结构，从包中解出相应的信息送给下一模块。
2.1.3req_dec 模块本模块对setup 阶段USB 的标准请求进行解释，提供和USB 请求相关的信号给SIE 模块，判断function 和endpoint的地址是否合法。
若标准请求中对某个端点所请求的操作和预定的不符，则会产生错误信号。
2.1.4SIE 模块SIE （Serial Interface Engine ）模块是USB CORE 的核心模块[3]，根据从解包模块传送过来的信号与从MCU 传送过来的接口握手信号，按照USB 的相关协议，产生打包模块的控制信号和MCU 的控制信号，从而控制总线上的数据发送。
控制传输的实现：SETUP 阶段：从图4中可看出，当token_valid_i 、Pid_setup 、ep0_sel 有效时，表明收到一个有效的令牌包，udc_as_o 被拉高，表示开始数据传送，转入ctrl_setup_stage 状态，此时cpu 把device_bufok_i 信号拉高，随后开始接收数据，在setup 阶段8个字节的标准请求数据接收完成后，send_hdsk_pkt_o 信号变高，表示数据接收正确，要求发送一个ACK 的握手包。
DATA 阶段：数据阶段是可选的，并且数据阶段的传送方向可以是IN 或OUT 。
以IN 为例来介绍，当Pid_in 、token_valid_i 、ep0_sel 有效时，udc_as_o 被拉高，表示开始数据传送，转入ctrl_in_stage_empty ，接着转入ctrl_in_stage 状态，CPU 将device_bufok_i 拉高，表示开始接收数据，等待数据传完后，send_hdsk_pkt_o 信号变高，表示数据接收正确，并将toggle 机制翻转，要求打包模块发送一个ACK 的握手包。
STATUS 阶段：STATUS 阶段也分为STATUS IN 和STATUS OUT 两种情况。
在STATUS OUT 阶段，接受到HOST发送过来的空数据包后，状态机会将send_hdsk_pkt_o 信号拉高，发送ACK 包给HOST 。
其状态机同SETUP 状态机类似。
中断、批量、同步传输的IN 实现：在硬件设计上，中断、批量和同步3种传输方式的处理都是一样的[4]，只是在系统配置时，各传输方式对应的端点不同。
下面以3种传输方式的IN 传输来介绍。
图5为3种传输方式的IN 传输的状态机。
从上图可看出，在收到IN 令牌后，状态机将udc_as_o 拉高，表示开始传送数据，转入In_transfer_empty 状态，再转入In_transfer 状态，cpu 若能传送数据，则把device_buf_ok_i 信号置高，开始接收数据，等待数据传送完毕时，状态机会将send_data_pkt_o 拉高，将此信号送至打包模块，从而将所需要的数据发送给HOST 。
2.1.5打包模块本模块接收从SIE 传来的控制信号，根据USB 协议，产生所需要的包传送给发送模块。
2.1.6tx 模块tx 模块是总线发送模块。
它将打包模块发送过来的包信息，进行并串转换，位填充，NRZI 编码后，将数据发送给主机。
此模块同rx 模块类似，不再赘述。
图3rx 模块框图Fig.3Block diagram of rx module图5中断、批量、同步传输的IN 传输状态机Fig.5State machine of Interrupt 、Bulk 、Isochronous IN transactions 图4SETUP 阶段数据包传送实现的状态机Fig.4State machine of data packet transmission in setup stage2.28051CPU此设计中的CPU[5]为一个验证过的IP核。
它包含：1个8位中央处理器、1个片内振荡器及时钟电路、4KB ROM程序存储器、128B RAM数据存储器、可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器的控制电路、32条可编程的I/O 线（4个8位并行I/O接口）、2个16位的定时/计数器、1个可编程全双工串行接口、5个中断源、2个优先级嵌套中断结构。
将USB的通信请求接入到CPU的一个外部中断接口上，当USB的通信请求到来时，系统会产生一个中断，转入中断服务程序。
此外，还需要设计一个CPU的固件firmware，实现USB CORE的上电初始化过程（向UDC_Control中的控制寄存器和状态寄存器写入初始数据）、USB CORE中断处理并完成USB传输事务、使设备摆脱异常状态等功能。
