電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論教學(xué)課件(共10單元)09SoC技術(shù)

電子科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論TheIntroductionofElectronicScienceandTechnology第三部分集成電路與SoC技術(shù)一、集成電路二、電路制造工藝三、SoC技術(shù)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC器件分析SoC設(shè)計方法與技術(shù)IP核技術(shù)混合信號SoC器件SoC應(yīng)用設(shè)計概念把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)的基本定義把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)完整的電路系統(tǒng)集成：①使用完整系統(tǒng)器件設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)時，不需要復(fù)雜的系統(tǒng)和電路設(shè)計，只需在設(shè)計中根據(jù)需要進(jìn)行必要的設(shè)置。②除功率器件外，系統(tǒng)所有電路全部集成在一個芯片上，所以在使用時只需配置必要的電路連接和非集成器件。SoC器件的定義：設(shè)目標(biāo)系統(tǒng)功能和參數(shù)特性可以用模型描述，同時系統(tǒng)可分為主系統(tǒng)部分和輔助部分，其中主系統(tǒng)部分必須包含全部系統(tǒng)模型，輔助系統(tǒng)起補(bǔ)償和一般驅(qū)動作用。如果主系統(tǒng)部分和輔助部分全部集成在同一個IC器件中，則這種器件就叫做SoC器件第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)的基本內(nèi)容把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)：

面向應(yīng)用對象的系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計中把電子技術(shù)作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手段來考慮，設(shè)計結(jié)果對電子系統(tǒng)提出相應(yīng)的約束條件、功能和性能技術(shù)指標(biāo)基本內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、IP核技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)、納米工藝技術(shù)、低功耗技術(shù)等SoC技術(shù)中的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)：

系統(tǒng)模型分析和分解技術(shù)

模型綜合與IP模塊分析技術(shù)SoC系統(tǒng)分析技術(shù)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)的基本內(nèi)容把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)IP核技術(shù)IP核設(shè)計：

設(shè)計適合SoC系統(tǒng)使用的IP核基本內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、IP核技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)、納米工藝技術(shù)、低功耗技術(shù)等IP核分析應(yīng)用：SoC技術(shù)應(yīng)用的核心技術(shù)IP核應(yīng)用技術(shù)包括IP軟核應(yīng)用技術(shù)和IP硬核應(yīng)用技術(shù)IP軟核（未經(jīng)流片驗(yàn)證的IP核）應(yīng)用技術(shù)包括調(diào)試、功能驗(yàn)證、綜合測試及制造工藝一致性驗(yàn)證IP硬核應(yīng)用技術(shù)包括硬核工藝仿真技術(shù)和系統(tǒng)綜合仿真技術(shù)所有IP核（軟核與硬核）都必須與所選的SoC制造工藝一致第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)的基本內(nèi)容把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)SoC一般都包含有CPU基本內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、IP核技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)、納米工藝技術(shù)、低功耗技術(shù)等軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)包括器件協(xié)同設(shè)計技術(shù)和應(yīng)用協(xié)同設(shè)計技術(shù)器件協(xié)同設(shè)計技術(shù)：指SoC器件設(shè)計中所采用的軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)，目的是使系統(tǒng)在軟件和硬件的配合上達(dá)到最佳效果應(yīng)用協(xié)同設(shè)計技術(shù)：由SoC器件應(yīng)用設(shè)計者提供，以完成對SoC軟件功能核電路模塊做出必要的設(shè)置以方便應(yīng)用第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)的基本內(nèi)容把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)系統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)根據(jù)設(shè)計規(guī)范對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定系統(tǒng)是否滿足全部設(shè)計要求基本內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、IP核技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)、納米工藝技術(shù)、低功耗技術(shù)等如果選擇了幾十納米以下的工藝，則設(shè)計中必須充分考慮電路設(shè)計中的特殊要求，嚴(yán)格遵守廠家提供的工藝模型和工藝參數(shù)要求納米工藝技術(shù)低功耗技術(shù)SoC中電路規(guī)模巨大（幾百萬MOS以上），必須注意電路的低功耗結(jié)構(gòu)設(shè)計，并避免使用高功耗電路集中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)的應(yīng)用把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)SoC技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計SoC技術(shù)應(yīng)用設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計有本質(zhì)的不同。①設(shè)計概念不同。傳統(tǒng)設(shè)計以制造廠商所提供的集成電路為基本設(shè)計要素，SoC技術(shù)是全系統(tǒng)集成設(shè)計，設(shè)計基礎(chǔ)是IP模塊②設(shè)計方法不同。傳統(tǒng)設(shè)計以硬件電路調(diào)試為主，SoC設(shè)計以仿真調(diào)試為主③使用工具不同。傳統(tǒng)設(shè)計方法一般不需要使用仿真工具，SoC技術(shù)應(yīng)用設(shè)計必須使用EDA工具才能完成設(shè)計SoC設(shè)計概念就是以集成電路為基本技術(shù)的電子系統(tǒng)集成設(shè)計概念第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)的應(yīng)用把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)高效便利的設(shè)計工具SoC技術(shù)的設(shè)計和應(yīng)用基礎(chǔ)，就是高效便利的EDA工具SoC設(shè)計概念就是以集成電路為基本技術(shù)的電子系統(tǒng)集成設(shè)計概念第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)建模技術(shù)是SoC設(shè)計的基本技術(shù)之一這是因?yàn)榕c傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設(shè)計相比較，設(shè)計基礎(chǔ)不同、系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)不同SoC設(shè)計概念就是以集成電路為基本技術(shù)的電子系統(tǒng)集成設(shè)計概念仿真技術(shù)是SoC設(shè)計的基本測試技術(shù)SoC是一個制成之后就無法改變電路的電子系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路連接設(shè)計必須從IC設(shè)計技術(shù)出發(fā)SoC設(shè)計以IP模塊為基礎(chǔ)，設(shè)計者要調(diào)整不同IP模塊的參數(shù)特性，即在SoC設(shè)計中設(shè)計者可直接調(diào)整電路模塊的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC技術(shù)的基本概念SoC技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)把完整的信號處理系統(tǒng)集成在一個芯片中以IP核技術(shù)為基礎(chǔ)建模技術(shù)是SoC設(shè)計的基本技術(shù)之一這是因?yàn)榕c傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設(shè)計相比較，設(shè)計基礎(chǔ)不同、系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)不同SoC設(shè)計概念就是以集成電路為基本技術(shù)的電子系統(tǒng)集成設(shè)計概念仿真技術(shù)是SoC設(shè)計的基本測試技術(shù)SoC是一個制成之后就無法改變電路的電子系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路連接設(shè)計必須從IC設(shè)計技術(shù)出發(fā)SoC設(shè)計以IP模塊為基礎(chǔ)，設(shè)計者要調(diào)整不同IP模塊的參數(shù)特性，即在SoC設(shè)計中設(shè)計者可直接調(diào)整電路模塊的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC器件分析SoC器件的基本結(jié)構(gòu)SoC器件主要由以下模塊組成： CPU模塊

時鐘系統(tǒng)模塊 I/O接口模塊

中斷處理模塊

存儲器模塊

總線模塊

應(yīng)用電路模塊如果使用完整MPU/MCU模塊則更加方便如果使用多CPU核或多MPU/MCU核，則需要增加管理模塊第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC器件分析SoC的CPU核CPU或MPU/MCU核是SoC的系統(tǒng)核心CPU或MPU/MCU核控制SoC的所有功能電路第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC器件分析根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求建立相應(yīng)模型，模型是系統(tǒng)特性和特征設(shè)計和分析的基礎(chǔ)，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性提供依據(jù)SoC器件分析的基本內(nèi)容系統(tǒng)建模功能分析分析系統(tǒng)功能相關(guān)的技術(shù)特征和技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)分析提供IP模塊和電路模塊設(shè)計的依據(jù)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC設(shè)計方法與技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法，設(shè)計工具是EDA技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法從系統(tǒng)級開始設(shè)計，最后完成電路級設(shè)計和測試第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC設(shè)計方法與技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法，設(shè)計工具是EDA技術(shù)交互式設(shè)計模式在系統(tǒng)分析、具體實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)集成各個階段都按照設(shè)計、驗(yàn)證、測試及文檔并行的方式進(jìn)行，叫做交互式設(shè)計模式第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)IP核技術(shù)SoC設(shè)計的基本技術(shù)之一IP核設(shè)計分為設(shè)計和驗(yàn)證兩個方面軟核設(shè)計用IC描述語言（如VHDL、Spice等）設(shè)計電路模塊并仿真通過，也包括未經(jīng)實(shí)際流片證實(shí)的版圖硬核設(shè)計經(jīng)過流片驗(yàn)證的IC模塊，包括版圖和工藝指標(biāo)等第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)IP核技術(shù)SoC設(shè)計的基本技術(shù)之一EDA技術(shù)和相關(guān)工具不同的設(shè)計階段和設(shè)計內(nèi)容使用不同的EDA工具可復(fù)用IP核的驗(yàn)證技術(shù)對數(shù)字電路的IP軟核，可使用測試向量激勵下的仿真方法驗(yàn)證對數(shù)字電路的IP硬核，需要進(jìn)行電路級的直接仿真驗(yàn)證對模擬電路的IP軟核，要做全面的功能與性能指標(biāo)仿真測試對模擬電路的IP硬核，除了抽取網(wǎng)表和參數(shù)并進(jìn)行仿真分析外，還需與原理電路圖進(jìn)行對比驗(yàn)證第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)混合信號SoC器件包含模擬、數(shù)字混合電路的SoC混合信號SoC器件中的模擬電路特征設(shè)計混合信號SoC的模擬電路時，需要注意以下特征電路在SoC中的可測性和可控性電路的頻率響應(yīng)電路靈敏度混沌特性噪聲特性第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)混合信號SoC器件包含模擬、數(shù)字混合電路的SoC混合信號SoC器件的設(shè)計技術(shù)SoC特殊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征，是設(shè)計中需要關(guān)注的理論與技術(shù)問題：簡單的統(tǒng)一描述方法統(tǒng)一布局技術(shù)與方法仿真測試技術(shù)第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC應(yīng)用設(shè)計概念通信技術(shù)中的SoC設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)信號轉(zhuǎn)換技術(shù)：實(shí)現(xiàn)信號變換計算而采用的技術(shù)，以保證信號

正確可靠傳輸信號識別技術(shù)：通信設(shè)備對信號接收過程中信號的判別，以便

在允許的信號畸變條件下信號正確信號傳輸技術(shù)：為適應(yīng)通信信號傳輸媒質(zhì)采用的技術(shù)，以保證

信號正常傳輸以通信技術(shù)為背景的SoC應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)的基本功能是按要求傳輸信號通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)心的是如何快速建立高質(zhì)量的信號傳輸通道信號存儲技術(shù)：數(shù)字通信系統(tǒng)為提高系統(tǒng)利用率和信號傳輸要

求所使用的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)以通信技術(shù)為背景的SoC已經(jīng)開始得到廣泛應(yīng)用，例如基站設(shè)備、智能中斷設(shè)備中都有SoC器件，是一個前景廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域第三部分集成電路與SoC技術(shù)三、SoC技術(shù)SoC應(yīng)用設(shè)計概念控制技術(shù)中的SoC技術(shù)控制系統(tǒng)中的信號處理智能控制中的信息處理控制系統(tǒng)是現(xiàn)代社會的支撐技術(shù)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境千變?nèi)f化，需要惡劣環(huán)境下的信號處理，幾乎不允許誤碼出現(xiàn)，并且對信號處理的實(shí)時性有較高的要求是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，需要利用各種人工智能理論與技術(shù)，例如無人駕駛中的障礙識別控制技術(shù)為背景的SoC應(yīng)用智能PID（比例積分）控制器現(xiàn)場總線（Fieldbus）控制器智能PLD（ProgrammableLogic