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1、http://www.paper.edu.cnIP核復用的系統(tǒng)芯片SoC設計技術李茜北京郵電大學，北京（100876）E-mail：madder205@gmail.com摘要：本文介紹了系統(tǒng)芯片SoC的特點及IP核復用技術，著重從IP核復用技術方面探討了SoC設計中的關鍵技術問題，討論了IP復用技術的優(yōu)勢。最后，對IP核復用在SoC設計中的發(fā)展前景做出展望。關鍵詞：SoC，IP核，IP復用1.引言隨著集成電路制造技術的快速發(fā)展，使IC設計進入了系統(tǒng)芯片SoC（SystemonChip）的時代。SoC極大地縮小系統(tǒng)體積、提高了系統(tǒng)的性能；采用基于I
2、P（IntellectualProperty）核的設計，允許在芯片設計過程中復用已經經過驗證的高性能的IP核，從而提高了設計效率，縮短設計周期。2.SoC的特點及IP核復用技術自1947年晶體管誕生以來，微電子技術在迄今為止的六十年時間里得到了飛速的發(fā)展。Moore定律指出，特征尺寸平均每三年縮小2倍，集成度平均每三年增加四倍、芯片尺寸每年提高12%。集成電路芯片在規(guī)模上經歷了小規(guī)模SSI、中規(guī)模MSI、大規(guī)模LSI、超大規(guī)模VLSI之后，進入了超大規(guī)模GSI階段，集成電路工藝技術發(fā)展趨勢如表1所示。這使得將整個復雜系統(tǒng)集成到一個芯片，即SoC成
3、為可能。表1集成電路工藝技術發(fā)展趨勢[1]年份199920022005200820112014特征尺寸（μm）0.180.130.100.070.050.035集成規(guī)模120M330M880M2.5G7.1G19.9GSoC被認為是一種復雜的集成電路，將終端產品的主要功能單元完全集成在單個芯片或芯片組中。通常，SoC包括一個可編程處理器、片上存儲器和由硬件實現的加速功能單元。另外SoC作為一個系統(tǒng)需要直接與外部世界打交道，因而還包括模擬部件以及數?；旌喜考?，在未來還可能會將光/微電子機械系統(tǒng)部件集成在一起。SoC設計的三大支撐技術包括軟硬件協(xié)同設
4、計技術、IP設計和復用技術、超深亞微米（VDSM）設計技術等。SoC實現的是軟硬件集成的系統(tǒng)，需要建立軟硬件協(xié)同設計理論和方法；而IP是SoC中最重要的概念之一，SoC的很多特點是通過IP設計和IP服用來表現和實現的。2.1SoC的特點從廣義上講，SoC可將信息獲取、信息處理、信息存儲、交換甚至執(zhí)行的功能集成在一起；在狹義上，SoC則主要將具有信息處理、存儲和交換等功能。SoC結構如圖1所示。[2]SoC具有如下特征：?含實現復雜功能的超大規(guī)模集成電路（VLSI）；?使用了微處理器MPU、微控制器MCU及數字信號處理器DSP；-1-http://
5、www.paper.edu.cn?采用IP核進行設計；?采用超深亞微米（VDSM）技術實現；?具有可從外部對芯片進行編程的功能。圖1SoC結構示意圖2.2IP核復用技術所謂IP是指知識產權。美國Dataquest咨詢公司將半導體產業(yè)中的IP定義為用于ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits）、ASSP（ApplicationSpecificStandardProduct）等器件中，并且是預先設計好的電路功能模塊。IP核是指已經設計好的并經過實際驗證的具有特定功能的性能優(yōu)化的一些電路功能模塊。一般包含三層
6、次的含義：首先，IP核是設計好的功能模塊，購買一個IP核所得到的只是一些設計數據，而不是實際芯片；其次，為了確保IP核的性能可靠，要求IP核必需經過實際驗證，最好是IP核在設計中已被成功使用；最后，IP核必需經過性能優(yōu)化，只有性能優(yōu)異的IP核，才能夠吸引購買力。IP復用，是指對系統(tǒng)中的某些模塊直接使用已有的IP來實現，不必設計所有模塊。采用IP核進行系統(tǒng)設計，可以大大縮短產品設計時間，減小設計風險。2.2.1IP核的分類IP核分為軟核（SoftCores）、硬核（HardCores）和固核（FirmCores）三種。軟核為[3]能綜合的HDL描述
7、，硬核為芯片版圖，固核為門級HDL描述。軟核是指以可綜合的RTL級描述提交的核。軟核不依賴于最終的實現工藝，因此具有很大的靈活性。使用者可以非常方便地將其映射到自己所使用的工藝上，可復用性最高。此外，軟核的使用者完全擁有源代碼，使用者可以通過修改源代碼，并對源代碼進行優(yōu)化生成自己的軟核。但由于軟核所提供的是RTL級描述，而用戶將其嵌入到自己的設計中，必須對從RTL到版圖的轉換全過程負責，從而使得設計的復雜性大大增加；同時核的性能在這種轉換過程中也難以得到保證。硬核是指以電路版圖形式提交的核。因此，其總是與特定的實現工藝相關，而且核的形狀、大小以及
8、核的端口的位置固定。所以靈活性最小，可復用性最低；但正是由于硬核具有-2-http://www.paper.edu.cn不可更改性，使得
