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第1 章SoC 简介近10 年来，无论是消费类产品如电视、录像机，还是通信类产品如电话、网络设备，这些产品的核心部分都开始采用芯片作为它们的“功能中枢”，这一切都是以嵌入式系统技术得到飞速发展作为基础的。SoC (System on Chip，片上系统) 是ASIC(Application Specific IntegratedCircuits) 设计方法学中的新技术，是指以嵌入式系统为核心，以IP 复用技术为基础，集软、硬件于一体，并追求产品系统最大包容的集成芯片。狭意些理解，可以将它翻译为“系统集成芯片”，指在一个芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O 等功能，包含嵌入软件及整个系统的全部内容；广义些理解，可以将它翻译为“系统芯片集成”，指一种芯片设计技术，可以实现从确定系统功能开始，到软硬件划分，并完成设计的整个过程。1.1 SoC1.1.1 SoC 概述SoC 最早出现在20 世纪90 年代中期，1994 年MOTOROLA 公司发布的Flex CoreTM 系统，用来制作基于68000TM 和Power PCTM 的定制微处理器。1995 年，LSILogic 公司为SONY 公司设计的SoC，可能是基于IP ( IntellectualProperty)核进行SoC 设计的最早报道。由于SoC 可以利用已有的设计，显著地提高设计效率，因此发展非常迅速。SoC 是市场和技术共同推动的结果。从市场层面上看，人们对集成系统的需求也在提高。计算机、通信、消费类电子产品及军事等领域都需要集成电路。例如，在军舰、战车、飞机、导弹和航天器中集成电路的成本分别占到总成本SOC 设计初级培训（Altera 篇）2的22％、24％、33％、45％和66％。随着通讯行业的迅猛发展和信息家电的迅速普及，迫使集成电路产商不断发展IC 新品种，扩大IC 规模，增强IC 性能，提高IC 的上市时间(Time to maeket) ，同时还需要实现品种的通用性和标准化，以利于批量生产，降低成本。据预测，SoC 销售额将从2002 年的136亿美元，增长到2007 年的347 亿美元，年增长率超过20%。从技术层面上看，以下几个方面推动了SoC 技术的发展：(1) 微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，已从亚微米(0.5 到1 微米)进入到深亚微米(小于0.5 微米)，和超深亚微米(小于0.25 微米)。其特点为：工艺特征尺寸越来越小、芯片尺寸越来越大、单片上的晶体管数越来越多、时钟速度越来越快、电源电压越来越低、布线层数越来越多、I/O 引线越来越多。这使得将包括的微处理器、存储器、DSP和各种接口集成到一块芯片中成为可能。(2) 计算机性能的大幅度提高，使很多复杂算法得以实现，为嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。(3) EDA(Electronic Design Automation，采用CAD 技术进行电子系统和专用集成电路设计) 综合开发工具的自动化和智能化程度不断提高，为嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别的一体化开发集成环境。(4) 硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)的发展为电子系统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。目前，比较流行的HDL 语言包括已成为IEEE STD1076 标准的VHDL、IEEE STD 1364 标准的Verilog HDL和Altera 公司企业标准的AHDL 等。1.1.2 IP 复用技术SoC 的设计基础是IP（Intellectual Property）复用技术。SoC 芯片需要集成一个复杂的系统，这导致了它具有比较复杂的结构，如果是从头开始完成芯片设计，显然将花费大量的人力物力。另外，现在电子产品的生命期正在不断缩短，这要求芯片的设计可以在更短的周期内完成。为了加快SoC 芯片设计的速度，人们将已有的IC 电路以模块的形式，在SoC 芯片设计中调用，从而简化芯片的设计，缩短设计时间，提高设计效率。这些可以被重复使用的IC 模块就叫做IP 模块（或者系统宏单元、芯核、虚拟器件）。IP 模块是一种预先设计好，已经过验证，具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有3 种不同形式：软IP 核(soft IP core)、固IP 核(firm IP core)和硬IP 核(hard IP core)。1．软IP 核软IP 核主要是基于IP 模块功能的描述。它在抽象的较高层次上对IP 的功能进行描述，并且已经过行为级设计优第1 章 SoC 简介3化和功能验证。它通常以HDL 文档的形式提交给用户，文档中