基于PowerPC e200内核的SoC系统级验证的设计与实现

摘要

随着集成电路（IC）制造工艺的不断进步，芯片的集成力度不断加大。根据著名的摩尔定律，IC上可容纳的晶体管数目，每隔约18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，片上系统（SoC）成为IC发展的必然趋势。所谓SoC，即是在一个芯片上实现一个完整系统功能的集成，涉及多种技术的整合。伴随 SoC规模的日趋扩大，尽早发现设计中的错误才能降低开发成本，缩短芯片上市时间。因此，验证工作对于SoC开发至关重要，贯穿开发始末，其工作量呈指数上升。CPU内核是SoC的核心模块，其体系结构日益复杂，功能日益强大，已成为整个SoC验证中的关键。
　　e200z6是飞思卡尔半导体e200系列处理器的一员，是基于PowerPC Book E架构的低成本版本处理器，应用于对成本的要求高于对性能要求的嵌入式控制系统。本文需要验证的正是基于该内核初步设计的SoC系统。由于PowerPC e200z6是一个软核，而且内核的验证是 SoC验证的基础，因此本文的验证工作分为两部分：验证e200z6内核、验证整个SoC。验证的方法与技术多种多样，可以从多角度分类。根据项目特点，本文选择系统级验证和快速原型验证两种方式对设计进行验证。
　　PowerPC e200z6内核验证方面，本文设计了四类验证测试用例：基本测试用例、存储操作测试用例、调试操作测试用例和Cache测试用例，分别验证内核CPU、总线BIU、调试NEXUS和BIST模块。最终，本文通过系统级仿真验证的方式，对其进行了验证。此验证过程覆盖了内核的所有关键模块，为最小系统的建立提供了保证。
　　SoC验证方面，本文为每个外设设计了验证测试用例，最终通过系统级仿真验证和快速原型验证两种方式，对其进行了验证。此验证过程为内核与外设的正常联合工作提供了保证。
　　经验证，PowerPC e200z6内核和SoC的系统级仿真验证均与预期吻合，基本功能正确。SoC的时序分析和快速原型验证均通过，能够在DE3开发板上实现预期功能。因此，基于PowerPC e200z6的SoC可以进行进一步的设计开发。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题的选题依据与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的研究内容

1.5 论文的组织结构

第二章 SoC验证的相关技术

2.1 SoC验证技术简介

2.2 静态时序分析

2.3 系统级验证

2.4 FPGA原型验证

2.5 评价指标

第三章 基于PowerPC e200内核的SoC结构

3.1 计算机架构简介

3.2 PowerPC e200内核结构

3.3 基于PowerPC e200内核的SoC结构

第四章 SoC系统级验证方案的设计

4.1 内核功能验证

4.2 SoC功能验证

4.3 内核的工作状态

4.4 验证程序的结构

第五章 SoC系统级验证测试用例的设计

5.1 内核功能的测试用例

5.2 SoC的测试用例

第六章 SoC系统级验证结果分析

6.1 仿真验证结果分析

6.2 快速原型验证结果分析

6.3 总结

第七章 结论与展望

7.1 论文研究工作总结

7.2 今后的工作展望和思考

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间取得的研究成果