用SoC实现视频图形引擎功能的研究

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  摘要：结合实际方案对目前国内研究热点的SoC设计进行一些讨论，主要对系统集成、算法与系统芯片结构、可测试性设计等方面进行一些相关探讨。采用基于Altera的SOPC系统级芯片XA10，实现图形引擎功能；利用SoC平台化设计，以达到快速进入SoC设计领域的目的；希望从用户角度入手，逐步深入SoC的IP集成特性和AMBA技术以及软硬件联合设计等。

    关键词：SOPC可编程系统芯片 视频图形引擎机 RTOS实时操作系统

引言

目前，国际上几乎所有的半导体厂商及其相关领域的高科技公司都在进军SoC及其应用产品市场，像Atmel、Xilinx、Altera、Triscend、IDT、Genesis、Cygnal、Cypress等；而国内，由于在原来分立标准器件的IC设计时代处于落后的状况，因此迫切希望在IC设计的第3次革命来临的时期赶上来。但是由于国内基础薄弹，工艺线缺乏，目前所做的研究，以偏于理论性的研究和构架的居多，而实际研究经验相对较少。可编程匣可配置SoC技术的出现，使我们有机会进入构造芯片技术结构的领域。因此我们迫切要做的事就是，从事实际SoC应用产品的开发研制，进行电子信息产品核心SoC技术研制开发与实现。在这些研究实际工作中，逐步深入开展关于SoC的EDA工具算法研究与实现以及SoC核心技术IP的研究与实现。而目前可编程的SoC芯片及其开发平台都提供了较理想的SoC技术应用的开发工具套件。这些套件具有了一般的编译、仿真、调试及验证功能，同时还针对不同的应用，提供了丰富的IP软核。因此，借助这些工具和芯片所提供的技术和方法，可很容易进入SoC设计的应用领域。同时，系统集成可以说是SoC设计的真正意义所在和主要设计瓶颈。因此，我们针对实际应用的设计策略是，一开始就从系统方面考虑（当然在真正的SoC设计中必须考虑很多工艺集成的问题，但主要可以靠IP及代工支持来完成），进行一些实际SoC应用项目设计研究探索。

1 SoC平台的概念及意义

SoC设计最主要的一个支撑技术是超深亚微米IC设计技术。可以说，它具有专用集成电路ASIC设计的复杂程度，但又和ASIC不完全一样。它是以超深亚微米IC设计技术为基础，是建立在超深亚微米IC设计技术上的系统级设计，是从半导体工程师到电子系统整机工程师的转手。要实现这一转变，就必须要有SoC平台和EDA的支持（并且现在合同外包，代加工业发展迅速，IP新经济模式等无不顺应了这一转变需求）。

我们要想快速地进入SoC设计行业就必须从这两个角度入手。目前，SoC平台主要有CSOC、SOPC、EPGA等。为了进一步明确SoC平台的概念，有必要首先搞清楚SoC的内涵和外延。我们知道，SoC的内涵和外延很自然地必须包括：实现复杂系统功能的VLSI；采用超深亚微米工艺技术；使用1个或数个嵌入式CPU或DSP；具有外部对芯片编程的能力。根据这些基本的外延，很自然地可得到SoC平台的一些概念。其中CSOC称为可配置系统级芯片，一般包括1个处理内核、可编程逻辑阵列和其它一些通用组成部件。其应用主要以芯核为主。SOPC则可以是全部的虚据点核加上FPGA模块，像Altera的NIOS内核模块，而EPGA则是以FPGA为主的SoC平台。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>这3者都符合SoC的外延概念。都可以说是SoC的开发设计平台。这一市场中竞争的公司主要包括：Atmel、Quicklogic、Chameleon、Altera、Xilinx和Lucent等。利用这些现有的SoC平台，SoC芯片不仅可以具有灵活编程的优点，同时又具备系统芯片集成度高和价格低廉的优势。表现为：缩短开发的周期，减少开发费用；避免成本高昂的掩膜变更为重新投片；实现基于平台的设计；允许设计人员快速、低成本适应标准的变化、或增加面向特定或应用定制的功能块；在制造和质量控制过程中，允许软硬件验证协同进行；允许采用同一套掩膜设计多个不同功能的产品；允许将风险较大的元件设计到EPGA中，让某些功能在设计完成后才予以定型；在生产阶段改变产品特性或功能以延长产品寿命；容许在低端标准芯片中集成高端标准FPGA的功能，从而获得高利润。这种基于平台的设计，可以使设计人员仅仅通过制造工艺与内核的接口来局部地关心制造工艺，而对内核予以更多的关注。软硬件的协同可编程性，可以使设计人员更关注内核功能的设计，如对内核接口进行标记，而不必关注制造工艺和硬件诊断，这就更符合系统设计的目标和要求。

过去，SoC项目设计必须需要20人以上的工程师团阶，而现在由于软件工具和半导体技术，以及各个大公司所做的工作，使我们可以用一个很精简的团阶进行SoC设计；而且SoC设计一般都是基于FPGA、微处理器和存储器结构的，使得我们完全可以在SoC平台上进行SoC的初步设计。

2 研究开展

根据现有的IC设计水平和基础设施以及资金情况，必须很好地规划我们的SoC设计策略。就研究的形式而言，首先必须是基于平台的SoC设计，其次必须是应用引导为主的SoC设计，再次必须是多芯核片上总线的SoC设计，最后必须是以专用技术核心为主的IP式SoC设计。在研究过程中，必须利用好自己专用化的原有技术，达到满足自己系统要求的目标；同时结合实际项目的研究，根据“Today's PCB is tomorrow ASIC.”的经验，借鉴PCB时代

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