SOC设计方法学与低功耗设计技术研究

摘要

随着IC集成度和各种应用对SOC技术要求的不断提高，SOC设计面临了新的一系列问题，如：设计方法学、低功耗、时序、可测试性、安全保密、信号完整性、验证等，而这些问题之中，尤其以设计方法学和低功耗最为突出。传统的IC设计方法已经无法适应新的SOC设计需求，IC设计者的设计能力严重滞后于芯片规模的增长速度，所以，对SOC设计方法学进行研究并探讨适应SOC技术发展的新的SOC设计方法是十分必要的。另外，在便携式和高性能SOC微处理器产品中，功耗成为了其广泛应用及发展的制约因素，因此，解决功耗问题也是迫在眉睫。 为此，本文在参与SSX17芯片设计实践的基础上，通过对大量文献的阅读、分析和研究，结合理论研究和实际应用，对SOC设计方法学和低功耗设计技术进行了一定的探讨和研究，给出了一些新的方法和改进措施。 SOC设计方法学部分：对SOC设计方法学中的三个关键技术——软硬件协同设计、IP核的设计与复用、以及超深亚微米集成电路设计进行了探讨，介绍了一种基于实时操作系统的软硬件协同验证方法；针对IP核设计流程及评估方法上的不足，给出了一种改进后IP核设计流程及评估方法；同时，提出了一些解决互连线延时和信号完整性问题的方法及措施。最后，本文通过对SOC设计方法的综合分析和SSX17设计方法的实践，探讨了一种新的软硬件协同设计方法，给出设计流程，并对流程中相关部分做了较为详细的分析。 低功耗设计技术部分：在分析了产生SOC功耗的主要因素之后，从SOC硬件和软件两个方面对一些低功耗设计技术进行了探讨。其中： 硬件方面：从SOC硬件设计的不同层次，分析了一些有效的低功耗设计技术，给出了相关技术的量化结论、设计实例和效果分析；探讨了门控时钟的一种EDA实现方法，详细阐述了其具体的实现细节，并对其实现中存在的DFT问题、时序问题等进行了详细的讨论。 软件方面：从SOC软件设计的不同层次，探讨了一些低功耗设计技术，根据SOC芯片的层次化特征给出了一种层次化动态功耗管理策略及相应的实现技术；同时，详细讨论了一种支持DVS的软件体系结构，阐述了该软件体系结构各个组成部分，并给出所需的数据结构和一种基于任务单元的多级预测功耗调度算法。 最后，以SSX17设计实例说明了一些低功耗设计技术的具体应用。