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论文集：单硅片嵌入式系统的发展趋势 ?????????? 论文集：单硅片嵌入式系统的发展趋势 ［ 作者：李丽?许居衍????转贴自：edw????点击数：3????更新时间：2004-3-13????文章录入：东南飞 ］ 南京大学物理系微电子设计研究所 李丽 中电集团第五十八研究所 许居衍 2003嵌入式论文集 摘? 要：本文在介绍嵌入式系统发展简史的基础上，讨论了当前单硅片嵌入式系统的设计技术蜒基于平台的设计方法和可重构设计技术，并预测了单硅片嵌入式系统将朝着“无所不在的智能芯片”方向发展的趋势。 关键词：嵌入式系统；SoC（System on a Chip）；无所不在的智能（AmI）；无所不在的计算 引言 在当今数字信息技术和网络技术高速发展的后PC（Post-PC）时代，嵌入式系统已经被广泛应用于移动计算平台（PDA、掌上计算机）、信息家电（数字电视、机顶盒、网络设备）、无线通信设备（智能手机、股票接收设备）、工业/商业控制（智能工控设备、POS/ATM机）、电子商务平台、甚至军事应用等诸多领域。嵌入式市场非常广泛。目前嵌入式系统全球每年带来的工业产值已超过了1万亿美元[1]。 嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算系统。和通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统，它的硬件和软件都需要高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，以实现更高的性能。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（EOS）以及特定的应用程序等四部分组成，是集软/硬件于一体的可独立工作的“器件”。 嵌入式系统的特点是：高可靠性，即在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；实时处理能力强，即嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统中的软件代码一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件需固化存储，而不是存储在磁盘等载体中[2]。 嵌入式系统的发展历史相当悠久，可以追溯至1971年由Intel公司推出有史以来第一颗微处理器4004，嵌入式系统的概念也随之出现，此时的嵌入式系统很多都不采用操作系统，它们只是为了实现某个控制功能，使用一个简单的循环控制对外界的请求进行处理[3]。传统的嵌入式系统是基于单片机（MCU）的，是在印制板上实现的电子系统。微处理器的成功在接下来的三十年中改变了人类的生活，典型的嵌入式系统几乎让人感觉不到它的存在。 随着集成电路工艺技术的不断发展和集成度的大幅度提高，将整个嵌入式系统集成在单一芯片上已成为现实，即单硅片嵌入式系统，也就是通常所说的SoC。SoC通常是指在单一芯片上实现的数字计算系统，该系统包含两个基本部分：硬件部分和软件部分。硬件部分包括嵌入式处理器、总线、ROM/RAM、I/O 端口等计算机系统的基本部件；软件部分主要指操作系统，也可以包括重要的应用软件。SoC有两个基本设计技术——重用技术和嵌入式技术。 单硅片嵌入式系统的设计方法和设计技术 嵌入式系统发展到目前的SoC阶段，其设计所面对的工艺条件、设计工具和设计要求等都发生了重大变革，因此有必要分析单硅片嵌入式系统的设计方法和设计技术，以期适应系统应用的持续快速发展。 图1? 基于平台的SoC设计流程 ? 图2? 学科领域聚敛示意图 基于平台的设计方法 设计重用是应对单硅片设计复杂度日益增长的必要手段。IP（Intellectual Property）是集成电路知识产权模块的简称，是IC重用设计方法学的产物，对于解决集成电路工艺发展与设计效率增长之间的剪刀差发挥着重要作用。SoC集成技术可以简单地理解为“拼装”众多IP的过程。但是，随着电路规模的进一步增大，一个SoC至少包含十几种甚至更多IP，仅仅基于IP的“拼装”过程仍然不够简捷，设计能力仍然不足以满足需求。基于平台的设计方法应运而生。 SoC平台（文中有时简称为平台）是一个柔性可构的基本系统。它包括嵌入式处理器、总线、ROM/RAM、I/O 端口、部分专用IP模块和嵌入式操作系统，具有稳定、可重用和可扩展的基本属性。SoC平台是更大规模的一定领域内的重用单元，SoC平台可以像IP一样直接销售，也可以基于平台便捷地开发SoC产品从而实现利润增值。 基于平台的设计方法（Platform-based Design Methodology）是指在SoC平台的基础上，通过“增加”或“删减”少量IP，快速设计出目标SoC芯片的技术。基于平台设计方法的出现进一步降低了SoC设计过程中系统集成的难度和风险，从而提高设计效率，缩短设计周期，缓解面市时间所带来的压力。 基于平台的SoC设计的质量和效率在很大程度上取决于可重用单元库（Repository）的完备性。