基于Cortex-M0的IP核设计与集成验证

发布时间：2020-10-17 21:23

　　 自从晶体管和集成电路问世以来,IC产业便遵循着摩尔定律飞速发展。二十世纪九十年代,系统芯片(System On Chip,SoC)开始兴起,进入二十一世纪后,随着嵌入式系统应用的发展和不断深化,SoC技术已逐渐成为集成电路设计的主流,应用领域越来越广泛,在通信、交通、自动化、网络及消费电子等领域都发挥着重要作用,SoC产品的市场竞争也日趋激烈,如何在最短的时间内开发出高性能、低功耗、低成本的SoC产品,成为了人们越来越关注的问题。本论文以高性能指纹识别芯片项目为背景,介绍了所设计的基于特定应用的SPI接口模块IP,并详细叙述了 IP核的集成和验证过程,以及最终的物理实现结果。本论文首先对SoC相关知识和SoC验证技术进行了简要介绍,同时也对指纹识别系统进行了说明。然后详细叙述了 SPI接口模块的设计与集成,介绍了 SoC验证环境及验证过程。最后介绍了芯片的物理实现过程和结果。本论文的工作基于实际的嵌入式SoC产品的研发,以SPI接口模块为例,整体上介绍了 SoC产品研发中IP核由设计到实现的过程。本论文重点介绍了 SPI接口模块的设计与验证过程。该模块采用AMBA2.0标准来实现与系统内部的通信,并且包含DMA握手接口,可通过DMA方式提高数据传输效率。对该模块的验证则是将其集成到系统中,在SoC环境下进行验证。验证方法采用基于仿真平台和FPGA平台的软硬件协同验证,在验证模块功能的同时,也保证了模块可与系统协同工作。本论文的最后介绍了芯片的物理实现过程。物理设计与验证是芯片设计中的重要环节,影响着电路的性能、功耗与成本。使用Synopsys公司的Design Compiler工具对芯片进行逻辑综合,ICCompiler工具进行版图设计,并进行DRC和LVS检查。本论文所介绍的SPI接口模块是针对特定应用进行开发的,合理规划内部结构,采用DMA方式辅助传输,在保证传输效率的同时,尽量降低其面积和功耗,以利于芯片整体的性能提升。本论文介绍了 IP核的设计、验证以及物理实现的完整流程,并已在实践中得到成功应用,在SoC产品研发中具有一定的理论和指导意义。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN402
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要研究内容及结构安排
第二章 SoC系统概述
    2.1 SoC系统分析
        2.1.1 SoC系统整体架构
        2.1.2 SoC关键技术
    2.2 SoC验证技术
        2.2.1 仿真验证技术
        2.2.2 静态时序分析技术
        2.2.3 FPGA验证技术
        2.2.4 形式验证技术
        2.2.5 软硬件协同验证技术
    2.3 基于Cortex-M0的SoC系统
        2.3.1 处理器
        2.3.2 系统总线
        2.3.3 存储器模型
    2.4 本章小结
第三章 SPI接口模块设计
    3.1 SPI协议简介
        3.1.1 接口信号
        3.1.2 系统构成
        3.1.3 传输方式与时序
    3.2 APB协议简介
        3.2.1 基本传输规范
        3.2.2 APB从机
    3.3 SPI接口模块的RTL设计
        3.3.1 功能描述
        3.3.2 接口信号
        3.3.3 模块划分
        3.3.4 寄存器定义
        3.3.5 各子模块的详细功能及实现
    3.4 SPI接口模块的驱动设计
        3.4.1 设备的软件层描述
        3.4.2 驱动函数的编写
    3.5 本章小结
第四章 SPI接口模块在SoC环境下的验证
    4.1 IP核的系统集成
    4.2 软硬件协同验证
    4.3 基于仿真平台的软硬件协同验证
        4.3.1 仿真平台的搭建
        4.3.2 验证方案设计
        4.3.3 寄存器读写测试及测试结果
        4.3.4 数据传输功能测试及测试结果
    4.4 基于FPGA的软硬件协同验证
        4.4.1 FPGA硬件验证平台的搭建
        4.4.2 FPGA验证的软件环境
        4.4.3 验证方案设计
        4.4.4 验证过程及结果
    4.5 本章小结
第五章 物理设计与验证
    5.1 IC后端设计简介
    5.2 指纹识别芯片的逻辑综合
        5.2.1 逻辑综合原理与流程
        5.2.2 指纹识别芯片逻辑综合的具体实现
    5.3 指纹识别芯片的版图设计
        5.3.1 版图设计概述
        5.3.2 指纹识别芯片的版图设计
    5.4 芯片的物理验证
    5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
作者简介

【参考文献】

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本文编号：2845335