片上系统（SOC）设计与EDA

[11-20 16:13:17] 来源：http://www.88dzw.com FPGA 阅读：8543次

文章摘要：由于数字系统的基本部件比较简单,无非是一些与门、或门、非门、触发器、多路器等，宏器件无非是一些加法器、乘法器等。设计数字系统的EDA工具也比较容易免费得到,一些简单的CPU核也可以在网上免费得到，即使是很先进的CPU核，如果需要投片即制成真正的ASIC，也可以通过与集成电路制造厂家协商得到。在投片制造之前，还可以用FPGA来验证所设计的复杂数字系统的电路结构是否正确。要做到这一点首先要搞清楚1个概念：这些数字系统的基本部件、宏器件或CPU核都是用HDL语言描述的，有的使用结构级的描述；有的采用用户自定义原语UDP（即逻辑真值表）描述；有的使用寄存器传输级描述；有的使用高级行为描述。不管用哪一级

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由于数字系统的基本部件比较简单,无非是一些与门、或门、非门、触发器、多路器等，宏器件无非是一些加法器、乘法器等。设计数字系统的EDA工具也比较容易免费得到,一些简单的CPU核也可以在网上免费得到，即使是很先进的CPU核，如果需要投片即制成真正的ASIC，也可以通过与集成电路制造厂家协商得到。在投片制造之前，还可以用FPGA来验证所设计的复杂数字系统的电路结构是否正确。要做到这一点首先要搞清楚1个概念：这些数字系统的基本部件、宏器件或CPU核都是用HDL语言描述的，有的使用结构级的描述；有的采用用户自定义原语UDP（即逻辑真值表）描述；有的使用寄存器传输级描述；有的使用高级行为描述。不管用哪一级别的HDL语言，它们都属于HDL语言（不是Verilog HDL,就是VHDL）。由于描述数字系统的HDL语言比较成熟，使用的年代比较长，仿真和综合工具已经成熟，开展这一领域的设计工作已没有什么大的困难。SOC的设计可以先从单纯的数字系统开始，在这个基础上再开展数模混合信号系统的设计，可节省大量投资。电子芯片的设计已经成为一种国际性的行业，许多年轻人有热情参与这一项挑战性行业。我国在提高工程教育质量的基础上，在脑力密集型知识产业方面有很大的优势。我们的电子专业大学生，大多数有很好的逻辑思维能力。关键是这项工作需要很好地组织和规划，提高各种层次模块的质量、标准化和可重用性，以减少重复劳动，达到提高国际竞争能力的目的。
为进一步减轻建模的重担，美国许多EDA公司最近纷纷引进了用于新型通信系统的部件库。据报道，这些部件库可让设计小组的成员修改模型的方程来开发各种不同的模型，所需的开发时间只是原先所需时间的一小部分，所有这些模型都与新的数模混合HDL标准兼容。例如, Mentor Graphics公司除了宣布新的部件库外，最近还透露了与Motorola公司合作搞了1个语言开发计划，旨在为SOC的开发提供1条新的途径，以激励在多种芯片的设计领域中发展混合信号的应用（包括在电磁传感器和射频通信芯片设计中），这能使工程师们从传统的以Spice为基础的模拟设计方法转到更简单的具有系统风格的自上而下的设计方法。采用这种方法就能把用不同的行为描述语言表达的混合信号部件模型放到1个设计中，来验证整个设计。许多高技术公司不但引进各种可改变参数的部件库，还在努力开发模拟数字混合SOC的设计仿真工具。下面列出国外一些公司在数模混合SOC方面最新的技术动态:
1 Cadence公司由于把新出现的Verilog-AMS标准和不同的仿真算法与分析工具以及传统的Spice网表（netlist）表示方法结合起来，这样一个仿真器（即Spectre）就可以在设计流程的不同层次上应用。Cadence公司也提供了Verilog-A的语言调试检错工具和图形用户界面。
2 Apteq设计系统公司在提供他们的Verilog-A产品时也给用户一些模型示例。Apteq公司还提供1个有特色的Verilog-A插入件，它可以把OVI兼容的Verilog-A HDL功能块加入到现存的Spice仿真环境中。该产品通过1个独特的接插件的解决方案提供了统一的高性能的模拟HDL接口，使其能与任何一种Spice类型的仿真器相连接，保证了可移植的HDL的编译，并能正确地评价不同种类的仿真器性能。Verilog-A插入件的工作机制是先把模拟的行为程序通过编译转化为1种中间的表达，这种表达可以被Spice的硬件描述语言插座（Socket）与其他的Spice部件共同的任务（如实例抽象、参数设置、加载和评价）用来运行。该插入件可提供诸如模拟行为编码的查错、优化和解剖。而且如果需要仿真、全芯片的验证和测试，该Verilog-A插入件还有1个可选的二次编译模式，可提供高速、本地编码（native-code）的仿真性能。
3 Transcendent设计技术公司在其产品TransVerSE中提供Verilog-A/AMS的仿真能力。该产品的目的是仿真复杂的电子机械系统，它针对一些不同的工业领域，其中包括汽车工业、飞机工业、航天工业和消费电子工业。TransVerSE支持Verilog-A、新出现的Verilog-AMS语言、Spice及其模型与子电路，还有用C语言写的模型。
综上所述,复杂SOC的设计是一项系统工程,需要组织社会多方面的人才。10多年来，国外通过许多高技术公司与大学研究机构的互相合作和支持逐步达到了目前的水平。由于种种原因我国电子高技术芯片设计领域与国外交流比较少，国内同行也很少联系，水平相对落后。大学有关专业也缺少有经验和有能力的教师，这些都是我们与美国等先进国家的差距扩大的原因。近几年来由于Internet的普及，国外EDA工具的引进，许多大FPGA厂商免费赠送的开发软件，国内产品升级的需求，从国外逐步转移过来的中小型设计项目，以及年轻的大学毕业生和研究生们的热情，使我们有可能在比较短的时间内在复杂数字SOC设计领域赶上去。

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