現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)技術(shù)

前言

　　當(dāng)今，信息資源已經(jīng)成為人類社會(huì)發(fā)展中與物質(zhì)和能量同等重要的資源。信息資源的爆炸性增長趨勢對電子信息系統(tǒng)在信息存儲(chǔ)和處理能力方面的要求也日新月異。如今的半導(dǎo)體制造工藝已進(jìn)入深亞微米時(shí)代，在僅僅幾平方毫米面積的芯片上就可以集成幾億乃至幾十億個(gè)納米級的晶體管，更為欣喜的是，與集成度的指數(shù)級增長相對應(yīng)的商品化芯片的價(jià)格增長只是算術(shù)級的變化，且可靠性幾乎并未因規(guī)模的極度擴(kuò)張而變得令人不可接受。這種突破傳統(tǒng)觀念的狀況，大概遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了結(jié)型晶體管的發(fā)明者William Shockly和集成電路的發(fā)明者Jack Kilby數(shù)十年前的預(yù)期，即使幾十年前預(yù)言出摩爾定律（Moores Law）的Gordon Moore，恐也難以想象今后單個(gè)芯片究竟能創(chuàng)造出什么樣的奇跡來。我們可以毫不夸張地說，現(xiàn)代任何電子信息系統(tǒng)已經(jīng)離不開各種集成電路芯片的支撐。同理，任何現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也已離不開“片上系統(tǒng)”——SoC（System on Chip）工具的支持?！　‘?dāng)前，我國在集成電路和SoC設(shè)計(jì)教學(xué)方面的教材和參考書籍的數(shù)量不可謂不多，絕大多數(shù)是針對專業(yè)人才培養(yǎng)引進(jìn)或編撰的高級教材，普遍的情形是與具體工具軟件的使用強(qiáng)相關(guān)。尚未見從電子信息領(lǐng)域的普及知識角度出發(fā)，推出的基于SoC基本概念和基本設(shè)計(jì)步驟的基礎(chǔ)教材和參考書籍，這不能不說是件憾事?！　覕?shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心（NDSC）近年來一直在追蹤研究SoC設(shè)計(jì)技術(shù)。作者都是多年從事一線研發(fā)和教學(xué)的專家，所編著的《現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)技術(shù)》是在搜集和消化大量國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合其在電子信息系統(tǒng)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，較為全面而深入淺出地介紹了現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)技術(shù)的基本知識。其目的是試圖用20～30學(xué)時(shí)的授課和實(shí)驗(yàn)，使初次涉足電子信息領(lǐng)域的學(xué)生和愛好者能較快地掌握SoC的基礎(chǔ)知識，并形成必要的工程概念和使用感受?！　榇耍以敢鈱ⅰ冬F(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)技術(shù)》一書隆重推薦給感興趣的讀者們。

內(nèi)容概要

本書力圖對現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)技術(shù)的各個(gè)方面進(jìn)行清晰而準(zhǔn)確的介紹，主要描述SoC基本概念、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，不涉及具體技術(shù)細(xì)節(jié)，強(qiáng)調(diào)p的重要性，從而為需要了解該技術(shù)的讀者提供最大的幫助。全書分為7章：第1章為SoC設(shè)計(jì)概論，包括SoC的基本概念、SoC目前的現(xiàn)狀和發(fā)展機(jī)遇、SoC設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢及存在的問題等內(nèi)容。第2章為SoC前端設(shè)計(jì)與后端實(shí)現(xiàn)，主要內(nèi)容包括芯片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、前端設(shè)計(jì)技術(shù)、后端實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及主要EDA公司的設(shè)計(jì)示例。第3章為可測性設(shè)計(jì)技術(shù)，主要內(nèi)容有IC可測性設(shè)計(jì)基本概念和主要技術(shù)、SoC可測性設(shè)計(jì)技術(shù)等。第4章為SoC軟／硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，主要內(nèi)容包括軟／硬件設(shè)計(jì)的基本概念、SystemC系統(tǒng)級建模語言、軟／硬件協(xié)同驗(yàn)證技術(shù)。第5章為SoC驗(yàn)證技術(shù)，主要內(nèi)容有SoC驗(yàn)證的相關(guān)概念、驗(yàn)證方法和主要的驗(yàn)證技術(shù)、驗(yàn)證語言和SoC驗(yàn)證技術(shù)的發(fā)展方向。第6章為SoC低功耗技術(shù)，主要內(nèi)容有低功耗設(shè)計(jì)概述、功耗組成分析、常用低功耗設(shè)計(jì)方法以及簡單介紹低功耗設(shè)計(jì)工具。第7章為IP復(fù)用設(shè)計(jì)技術(shù)，主要涉及SoC設(shè)計(jì)方法和IP復(fù)用技術(shù)、可重用軟IP和硬IP的設(shè)計(jì)方法、軟IP設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則以及硬IP設(shè)計(jì)等內(nèi)容?！　”緯鴥?nèi)容涉及許多SoC設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用方面的知識，可供從事集成電路領(lǐng)域研究的技術(shù)人員、SoC設(shè)計(jì)的架構(gòu)設(shè)計(jì)師、電路設(shè)計(jì)師和程序設(shè)計(jì)師閱讀；同樣也可作為微電子、電子電路、通信、計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)生、研究生的教材和教學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章　Sot3設(shè)計(jì)概論　1.1 SoC的基本概念　　1.1.1 什么是SoC　　1.1.2 SoC的基本構(gòu)成　　1.1.3 SoC是集成電路發(fā)展的必然　1.2 SoC目前的現(xiàn)狀和發(fā)展機(jī)遇　　1.2.1 我國SoC目前的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀　　1.2.2 SoC的關(guān)鍵技術(shù)　　1.2.3 SoC當(dāng)前的發(fā)展機(jī)遇　1.3 SoC設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢及存在的問題　　1.3.1 SoC設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢　　1.3.2 SoC設(shè)計(jì)技本的瓶頸　1.4 SoC技術(shù)展望　　1.4.1 可重構(gòu)技術(shù)　　1.4.2 片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）　　1.4.3 系統(tǒng)級集成設(shè)計(jì)第2章　SoC前端設(shè)計(jì)與后端實(shí)現(xiàn)　2.1 SoC前端設(shè)計(jì)與后端實(shí)現(xiàn)概述　2.2 芯片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)　　2.2.1 模擬Ic設(shè)計(jì)　　2.2.2 數(shù)字Ic設(shè)計(jì)　　2.2.3 SoC設(shè)計(jì)方法　　2.2.4 數(shù)字Ic設(shè)計(jì)平臺(tái)　2.3 前端設(shè)計(jì)　　2.3.1 邏輯綜合的必要性　　2.3.2 邏輯綜合概念　　2.3.3 邏輯綜合過程　　2.3.4 芯片設(shè)計(jì)綜合工具介紹　　2.3.5 用于FPGA驗(yàn)證的邏輯綜合工具　　2.3.6 FPGA驗(yàn)證代碼編寫說明　　2.3.7 約束與優(yōu)化　　2.3.8 綜合策略　2.4 后端實(shí)現(xiàn)　　2.4.1 后端設(shè)計(jì)概述　　2.4.2 數(shù)字后端設(shè)計(jì)流程　　2.4.3 基于物理綜合的后端設(shè)計(jì)流程　　2.4.4 后端設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)　　2.4.5 其他需要考慮的問題　2.5 Magma ASIC設(shè)計(jì)示例第3章　可測性設(shè)計(jì)技術(shù)　3.1 測試技術(shù)概述　　3.1.1 測試定義及原理　　3.1.2 測試分類　　3.1.3 測試基本技術(shù)　3.2 故障模型及ATPG　　3.2.1 缺陷、故障和故障模型　　3.2.2 常見故障模型　　3.2.3  自動(dòng)測試模式生成——ATPG　　3.2.4 測試的評價(jià)　3.3 可測性設(shè)計(jì)（DFT，Design ForTestability）  　　3.3.1 可測性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)　　3.3.2 Ad Hoc技術(shù)　　3.3.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法　　3.3.4 掃描測試　　3.3.5 內(nèi)建自測（BIST，Build.In—Self-Test）  　　3.3.6 邊界掃描測試（Boundary Scan）　　3.3.7 電流測試　3.4 SoC的可測性設(shè)計(jì)　　3.4.1 SoC可測試性設(shè)計(jì)面臨的問題　　3.4.2 SoC可測性設(shè)計(jì)基本技術(shù)　　3.4.3 SoC測試訪問機(jī)制（TAM）　　3.4.4 IEEE Pl500標(biāo)準(zhǔn)　3.5 發(fā)展與展望第4章　SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)　4.1 軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)概述　　4.1.1 軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的定義　　4.1.2 軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)　　4.1.3 軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容　4.2 系統(tǒng)級描述語言SystemC　　4.2.1 SystemC簡介　　4.2.2 SystemC的基本語法　　　4.2.3 SystemC建模實(shí)例　　4.2.4 SystemC系統(tǒng)級建?！?.3 軟/硬件協(xié)同驗(yàn)證技術(shù)　……第5章　SoC驗(yàn)證技術(shù)第6章　SoC低功耗技術(shù)第7章　IP復(fù)用技術(shù)附錄A　RTL編碼參考附錄B　Magma腳本文件附錄C　縮略語參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　SoC（System on Chip）技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來迅速發(fā)展起來的超大規(guī)模集成電路的主流技術(shù)，是電子器件持續(xù)集成發(fā)展的必然結(jié)果，體現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展和市場的需求兩個(gè)方面。SoC采用先進(jìn)的超深亞微米CMOS工藝技術(shù)，從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，將處理機(jī)制、模型算法、嵌入式軟件以及各層次電路設(shè)計(jì)直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合在單個(gè)芯片上，完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。SoC技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域一門最新的先進(jìn)技術(shù)，是集成電路最新技術(shù)與軟件技術(shù)的有機(jī)結(jié)合；SoC設(shè)計(jì)技術(shù)是信息領(lǐng)域的核心技術(shù)，而在這一領(lǐng)域我國與發(fā)達(dá)的國家相比有著較大的差距，存在這一差距的根本原因在于我國缺乏SoC設(shè)計(jì)人才，特別是一流的設(shè)計(jì)師。由于SoC設(shè)計(jì)門檻較高（SoC設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)需要較大的投入、較高的維護(hù)費(fèi)用），在設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)上我們依然步履緩慢。SoC設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，涵蓋了系統(tǒng)級設(shè)計(jì)、RTL設(shè)計(jì)、可測試性設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、邏輯綜合、版圖設(shè)計(jì)、物理驗(yàn)證、寄生參數(shù)提取、后仿真等一系列步驟?！　oC技術(shù)是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程，需要大量的人力和財(cái)力的投入。近年來我國在產(chǎn)業(yè)分工、人才培養(yǎng)、基礎(chǔ)理論研究、國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)等方面提供了非常好的政策扶持，使我國SoC技術(shù)得以快速發(fā)展，為我國集成電路產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展奠定了穩(wěn)定的基礎(chǔ)?！　?.1SoC的基本概念　　集成電路發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)進(jìn)入SoC技術(shù)的時(shí)代，本小節(jié)將較為詳細(xì)地描述SoC的基本概念，討論SoC的基本構(gòu)成及SoC技術(shù)是集成電路發(fā)展必然的原因?！　?.1.1什么是SoC　　SoC的定義多種多樣，由于其內(nèi)涵豐富、應(yīng)用范圍廣泛，不容易給出其準(zhǔn)確定義。SoC中文譯法有如下幾種：系統(tǒng)級芯片、片上系統(tǒng)、系統(tǒng)芯片、系統(tǒng)集成芯片、系統(tǒng)芯片集等。從應(yīng)用開發(fā)的觀點(diǎn)出發(fā)，其主要含義是單芯片上集成微電子應(yīng)用產(chǎn)品所需的所有功能系統(tǒng)。SoC技術(shù)研究內(nèi)容包括：開發(fā)工具、IP（Intellectual.Property，知識產(chǎn)權(quán)）及其復(fù)用技術(shù)、可編程系統(tǒng)芯片、信息產(chǎn)品核心芯片開發(fā)與應(yīng)用、SoC設(shè)計(jì)技術(shù)與方法、SoC制造技術(shù)與工藝等。

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