2. Определение Системы на кристалле.
Система на кристалле – сверхбольшая интегральная схема (СБИС), содержащая на кристалле различные сложные функциональные блоки (СФ-блоки), которые образуют законченное изделие для автономного применения в электронной аппаратуре. СФ-блоки, предназначенные для использования в разнообразных проектах, часто называют IP-модулями (Intellectual Property - модули). При этом в состав СФ-блоков входит микропроцессорное ядро с периферийными устройствами в различных сочетаниях. СФ-блоки, используемые при проектировании SoC имеют две основные формы представления: в виде топологических фрагментов, которые могут быть непосредственно реализованы в физической структуре кристалла – аппаратно-реализованные (hard) СФ-блоки; в виде моделей на языке описания аппаратуры (Verilog, VHDL), которые средствами САПР (система автоматизации проектных работ) могут быть преобразованы в топологические фрагменты для реализации на кристалле – синтезируемые (soft) СФ-блоки.
Система на кристалле на базе ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема). Блоки могут быть соединены с помощью шины собственной разработки или стандартной конструкции, например, AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture - Прогрессивная архитектура шины микроконтроллера) в чипах компании ARM. Если в составе чипа есть контроллер прямого доступа к памяти (ПДП, DMA - Direct memory access), то с его помощью можно заносить данные с большой скоростью из внешних устройств напрямую в память чипа, минуя процессорное ядро.
SoC – это возможность использования широкой номенклатуры СФ-блоков, имеющихся на рынке, которые могут быть реализованы на базе различных функциональных библиотек и технологий и интегрированы в кристалл средствами современных САПР.
3. Процесс разработки SoC.
SoC (система на кристалле) в настоящее время изготавливается по технологии от 0,18 мкм и ниже и содержит обычно не менее 1 млн. вентилей. В самом общем виде, в состав SoC входят такие компоненты, как:
микропроцессор (или микропроцессоры) и подсистема памяти (статической и/или динамической). Тип процессора варьируется от простейшего 8-разрядного до высокоскоростного 64-разрядного RISC-процессора;
шины – центральная (высокоскоростная) и периферийная – для обмена данными между блоками;
контроллер внешней памяти (например, DRAM, SRAM или Flash);
контроллер ввода/вывода информации: PCI, Ethernet, USB и т.п.;¶
видеодекодек, например MPEG2, AVI, ASF;
таймер и контроллер прерываний;
общий интерфейс ввода/вывода (например, для вывода на светодиодный индикатор информации о наличии питания);
интерфейс UART (universal asynchronous receiver/transmitter) и т.п.
Методология проектирования SoC:
В основе методологии проектирования SoC лежит принцип повторного использования Intellectual Property блоков (IP-блоков, в пределах РФ – СФ-блоков), разрабатываемых целенаправленно или в рамках какого-либо проекта. Система на кристалле конструируется из повторно используемых блоков. Используются IP-блоки двух типов: soft IP, описанные на RTL-уровне, и hard IP – на топологическом уровне.
Принципиальная особенность SoC - это наличие программируемых блоков (процессоров). Поэтому SoC – не просто интегральная схема (ИС), а комплекс, в состав которого входят как аппаратная часть (собственно кристалл), так и программная – встраиваемое программное обеспечение (ПО). Поэтому, маршрут проектирования SoC содержит операции по совместной верификации и отладке программной и аппаратной частей.
Еще одной особенностью SoC является устойчивый рост доли смешанных цифроаналоговых систем в общем объеме SoC, поэтому в маршрут проектирования включены этапы по совместной разработке и верификации цифровой и аналоговой частей SoC.
Процесс разработки делится на четыре этапа:
1.Разработка архитектуры SoC на системном уровне;
2.Выбор имеющихся IP-блоков из базы данных (внутри фирмы, других фирм или поставщиков IP-блоков);
3.Проектирование оставшихся блоков;
4.Интеграция всех блоков на кристалле.
Разработчики выполняют весь цикл системного и функционального проектирования, а также весь цикл разработки СБИС, используя мощные интегрированные программные пакеты (ПО) таких фирм как Synopsys и Cadence Design Systems.
Новая методология проектирования.
Можно выделить дополнительно ряд причин, по которым необходимо переходить на новую методологию проектирования:
- в условиях рынка прибыль в значительной степени зависит от времени проектирования;
- такие технические параметры СБИС, как производительность, площадь кристалла и потребляемая мощность являются ключевыми элементами в продвижении товара на рынок;
- увеличение степени интеграции делает задачу верификации качественно более сложной;
- из-за основных особенностей технологии глубокого субмикрона (DSM – Deep Submicron) все труднее удовлетворить всем требованиям по временным ограничениям.
- команды разработчиков высокоинтегрированных СБИС имеют различный уровень знаний и опыта в области проектирования, и часто при выполнении проектов СБИС расположены в различных частях мира.