基于SoPC架构的芯片设计与物理实现

发布时间：2017-08-11 17:12

  本文关键词：基于SoPC架构的芯片设计与物理实现

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【摘要】：随着信息产业的不断发展,各种引领潮流的电子产品层出不穷。在这个SoC几乎融入到社会各个方面的时代,人们已对定制化的SoC提出了更多灵活的需求,希望SoC能在不添加新流片成本的情况下功能可以灵活改动,而在FPGA广泛使用的领域,对FPGA的性能也提出了更高的要求,这使得SoPC在这样的环境下孕育而生,其灵活性和高性能兼备的特质受到了越来越多人的关注。SoPC是在可编程逻辑器件的基础上开发的硬件系统,可通过SoC和FPGA的结合而产生,其同时拥有SoC和可编程逻辑器件的优点,SoC为FPGA提供高性能的硬核资源,特别是CPU处理能力,FPGA为SoC提供扩展空间和可重构资源。SoPC出色的性能、可剪裁、可编程的特点使得其应用非常广泛,除了在芯片设计研发的过程中使用外,在通信、仪器仪表等领域都有出色的表现。但目前SoPC的设计方法和核心技术基本由国外公司所掌控,国内优秀的SoPC开发平台寥寥无几。为了设计出性能优秀并具有自主知识产权的SoPC芯片,论文采用SoC结合FPGA的方法设计SoPC。从SoC前端设计开始,利用龙芯软核和AMBA总线构建SoC整体架构,并在总线上挂接SDRAM控制器、GMAC等模块丰富SoC功能,在完成整体仿真的基础上对SoC进行逻辑综合和门级仿真。基于验证成功的SoC门级网表,利用EDA自动布局布线工具完成版图设计,在版图设计过程中,通过合理的宏模块布局使得标准单元有序分布从而达到减少拥塞优化时序的目的,利用时钟树节点位置的控制使芯片时钟树正确生长,并在最终完善版图的可制造性,保证版图符合代工商的生产标准。芯片的综合与版图设计基于SMIC65nm工艺进行。SoC版图与FPGA版图拼接流片,并进行封装,同时设计开发平台电路对芯片进行测试。测试结果表明,本次SoPC的设计满足预期需求。论文基于SoPC架构和国产处理器内核,实现了一种性能优秀,功能多样,并具有完整开发平台的SoPC芯片,为SoPC的设计提供了一种新的解决方案。
【关键词】：SoPC 逻辑综合 版图设计
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN402
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 国内外发展现状12-14
• 1.3 研究意义14
• 1.4 主要工作和文章结构14-16
• 第二章 芯片整体设计16-19
• 2.1 芯片整体设计16-17
• 2.2 芯片所实现的功能17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第三章 芯片各模块设计及仿真19-38
• 3.1 时钟模块19-21
• 3.2 CPU模块21-24
• 3.3 总线模块24-27
• 3.4 SDRAM控制器模块27-29
• 3.5 SPI Flash控制器模块29-30
• 3.6 GMAC模块30-32
• 3.7 DMA模块32-35
• 3.8 UART模块35-36
• 3.9 中断控制器模块36-37
• 3.10 本章小结37-38
• 第四章 芯片综合及后端设计38-63
• 4.1 SoC逻辑综合方法38-45
• 4.1.1 对应门级网表映射38-39
• 4.1.2 静态时序分析基本方法39-42
• 4.1.3 组合逻辑延时的优化42-45
• 4.2 SoC逻辑综合平台及过程45-48
• 4.2.1 综合平台的选择与搭建45
• 4.2.2 综合约束45-46
• 4.2.3 综合过程及时序46-48
• 4.3 芯片后端设计方法48-50
• 4.3.1 后端半定制设计方法48
• 4.3.2 后端半定制设计流程48-50
• 4.4 芯片后端设计平台及过程50-62
• 4.4.1 后端设计工具简介50-51
• 4.4.2 后端设计准备51-53
• 4.4.3 布局规划53-54
• 4.4.4 电源规划54-56
• 4.4.5 时钟树综合56-58
• 4.4.6 布线58-61
• 4.4.7 完善芯片可制造性61-62
• 4.5 芯片版图设计结果62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 芯片测试平台设计63-71
• 5.1 电源模块64
• 5.2 VGA模块64-66
• 5.3 SPI Flash模块66-67
• 5.4 MAC模块67-69
• 5.5 USB_UART模块69-71
• 第六章 测试结果与分析71-75
• 6.1 性能指标测试71
• 6.2 功能测试71-74
• 6.2.1 CPU和EJTAG模块验证71-72
• 6.2.2 UART和SPI Flash功能验证72
• 6.2.3 内存和缓存模块验证72-73
• 6.2.4 系统总线互联验证73-74
• 6.2.5 MAC模块验证74
• 6.3 测试结论74-75
• 第七章 总结75-76
• 7.1 工作总结75
• 7.2 创新点分析75
• 7.3 不足与展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 攻硕期间取得的研究成果79-80

【参考文献】

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本文编号：657273