一种精简高效的FCU控制子系统平台

摘要

随着集成电路制造水平的不断提高，单块芯片上可以集成越来越多的逻辑门。相应的，也带来了巨大的设计和验证复杂度。传统的基于IP核复用的SoC设计方法必将无法满足未来SoC日益增大的复杂度，以及快速发展的嵌入式产品对于芯片快速上市时间(Time-to-Market)的要求。基于子系统复用的SoC设计方法，通过将经过预先验证的特定应用解决方案子系统集成到SoC系统中，可以大大减少设计工程师的设计和验证工作量，同时降低设计风险，加快产品投放到市场的时间。本文研究工作从子系统复用技术出发，通过分析研究子系统中数据流控制的特点，提出了并设计实现了一个FCU(FlowControlUnit)模块，进而在CK-SoC集成开发平台上构建了一个基于FCU控制的子系统平台。本文的研究工作从以下几方面展开:
　　首先，引入了子系统复用的概念，介绍了常见的子系统架构，分析子系统中常用的通用处理器和片上总线特点。
　　其次，根据子系统中数据流控制的特点，提出了FCU单元。硬件上，详细介绍FCU的微架构设计，包括微架构定义，指令集的定义、流水线设计、逻辑验证和逻辑综合;软件上，介绍FCU的软件编程，包括汇编器的设计，FCU软件编程，以及与主处理器的接口。
　　再次，为了使FCU能够被方便快捷的集成到SoC系统中，在CK-SoC集成开发平台上构建了一个基于FCU控制的子系统平台。同时也详细介绍了CK-SoC集成开发平台以及SPRIT标准。
　　最后，通过一块信息安全SoC芯片设计与实现，证明FCU模块的对于子系统中数据流控制的可行性与高效性。论文在最后对所做的工作进行了总结和分析，指出了设计中的不足和有待改进的地方，提出了下一步研究工作的方向以及具体内容。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．1．1 子系统复用

1．1．2 硬件加速器

1．1．3 本文研究内容与创新点

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 章节安排

2 子系统基本架构

2．1 处理器模块

2．2 片上总线

2．2．1 AMBA总线架构

3 FCU模块设计

3．1 整体设计

3．1．1 指令集设计

3．1．2 流水线设计

3．2 主要模块设计

3．2．1 PC生成器设计

3．2．2 执行控制单元设计

3．2．3 总线控制器设计

3．2．4 寄存器堆设计

3．3 功能验证

3．3．1 系统级功能验证平台

3．3．2 系统级功能验证结果分析

3．4 逻辑综合

3．4．1 使用Design Compiler进行综合

3．5 FCU软件编程

3．5．1 FCU汇编器的设计

3．5．2 FCU软件鳊程

4 子系统在CK-SoC集成开发平台的实现

4．1 IP-XACT标准介绍

4．2 CK-SoC集成开发平台

4．2．1 总体介绍

4．2．2 IP-XACT封装的IP库

4．2．3 平台生成工具

4．3 子系统平台开发

4．3．1 子系统的XML脚本

4．3．2 子系统的生成器脚本

5 信息安全芯片应用实例

5．1 系统架构

5．2 硬件模块说明

5．3 加解密子系统性能分析

5．3．1 性能评估

5．4 芯片物理实现

6 总结和展望

6．1 论文研究工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

个人简历