1、寧波工程學院實驗題目學院名稱:專業(yè):學生姓名:指導教師:SOPC技術(shù)現(xiàn)狀前景及理解電子與信息工程學院電信102嵌入式方向石子良10401180227鄭德春SOPC(SystemOnProgrammableChip)即可編程的片上系統(tǒng)，或者說是基于大規(guī)模FPGA勺單片系統(tǒng)。SOPC勺設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計技術(shù)、ED儆術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。SOPC技術(shù)是將盡可能大而完整的電子系統(tǒng)，包括嵌入式處理器系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、硬件協(xié)處理器或加速系統(tǒng)、DSPS統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)、存儲電路以及普通數(shù)字系統(tǒng)等，在單一FPG9嵌入實現(xiàn)。大量采用IP復用、軟硬件協(xié)同設(shè)計、自頂向下和自底向上混合設(shè)計的方

2、法，邊設(shè)計、邊調(diào)試、邊驗證原本需要寫上幾千行的VHDL弋碼的功能模塊，通過嵌入IP核后，只需幾十行C代碼即可實現(xiàn)。因此，可以使得整個設(shè)計在規(guī)模、可靠性、體積、功耗、功能、性能指標、上市周期、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護及其硬件升級等多方面實現(xiàn)最優(yōu)化。傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、高速度、低功耗、多媒體等實際需求，SOPC片上可編程系統(tǒng))可將處理器、存儲器、外設(shè)接口和多層次用戶電路等系統(tǒng)設(shè)計需要的功能模塊集成到一塊芯片上，因其靈活、高效、設(shè)計可重用特性，已經(jīng)成為集成電路未來的發(fā)展方向，廣泛應(yīng)用到汽車、軍事、航空航天、廣播、測試和測量、消費類電子、無線通信、醫(yī)療、有線通信等領(lǐng)域。SOPCfe術(shù)是

3、一門全新的綜合性電子設(shè)計技術(shù)，涉及面廣。因此在知識構(gòu)成上對于新時代嵌入式創(chuàng)新人才有更高的要求，除了必須了解基本的EDAa件、硬件描述語言和FPGA1件相關(guān)知識外，還必須熟悉計算機組成與接口、匯編語言或C語言、DSPB法、數(shù)字通信、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、片上系統(tǒng)構(gòu)建與測試等知識。顯然，知識面的拓寬必然推動電子信息及工程類各學科分支與相應(yīng)的課程類別問的融合，而這種融合必將有助于學生的設(shè)計理念的培養(yǎng)和創(chuàng)新思維的升華。SOPC是一種靈活、高效的SoC解決方案。它將處理器、存儲器、I/O口、LVDS等系統(tǒng)需要的功能,g塊集成到一個PLD器件上，構(gòu)成一個可編程的片上系統(tǒng)。它是PLD與SOCK術(shù)融合的結(jié)果。由于它

4、是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件可編程的功能。這種基于PLD可重構(gòu)SoC的設(shè)計技術(shù)不僅保持了SoC以系統(tǒng)為中心、基于IP模塊多層次、高度復用的特點，而且具有設(shè)計周期短、風險投資小和設(shè)計成本低的優(yōu)勢。相對ASIC定制技術(shù)來說,FPGA是一種通用器件，通過設(shè)計軟件的綜合、分析、裁減，可靈活地重構(gòu)所需要的嵌入式系統(tǒng)。SOPC設(shè)計技術(shù)涵蓋了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的全部內(nèi)容，除了以處理器和實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS為中心的軟件設(shè)計技術(shù)、以PCB和信號完整性分析為基礎(chǔ)的高速電路設(shè)計技術(shù)以外，SOP%涉及目前以引起普遍關(guān)注的軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)。由于SOPC勺主要邏輯設(shè)計是

5、在可編程邏輯器件內(nèi)部進行，而BGA寸裝已被廣泛應(yīng)用在微封裝領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的調(diào)試設(shè)備已很難進行直接測試分析，因此，必將對以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)提出更高的要求。同時，新的調(diào)試技術(shù)也已不斷涌現(xiàn)出來，如Xilinx公司的片內(nèi)邏輯分析ChipScopeILA就是一種價廉物美的片內(nèi)實時調(diào)試工具。SOPGfc術(shù)主要應(yīng)用以下三個方向：(1)基于FPG骸入IP硬核的應(yīng)用。這種SOPC(統(tǒng)是指在FPG9預(yù)先植入處理器。這使得FPGAt活的硬件設(shè)計與處理器的強大軟件功能有機地結(jié)合在一起，高效地實現(xiàn)SOPC(統(tǒng)。(2)基于FPG骸入IP軟核的應(yīng)用。這種SOPC(統(tǒng)是指在FPG9植入軟核處理器，如：NIOS

6、II核等。用戶可以根據(jù)設(shè)計的要求，利用相應(yīng)的EDAX具，對NIOSII及其外圍設(shè)備進行構(gòu)建，使該嵌入式系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)、功能特點、資源占用等方面全面滿足用戶系統(tǒng)設(shè)計的要求。(3)基于HardCopy技術(shù)的應(yīng)用。這種SOPC(統(tǒng)是指將成功實現(xiàn)于FPG端件上的SOPC(統(tǒng)通過特定白技術(shù)直接向ASIC轉(zhuǎn)化。把大容量FPGA勺靈活性和ASIC的市場優(yōu)勢結(jié)合起來，實現(xiàn)對于有較大批量要求并對成本敏感的電子產(chǎn)品，避開了直接設(shè)計ASIC的困難。SOPC勺發(fā)展現(xiàn)狀SOPO一個融合體：融合了SOC?口FPGAW技術(shù)，同時也在ASIC和可編程器件之間找到一個折衷點，未來很難預(yù)測。幾家主要的可編程器件廠商都相繼推出了自

7、己的SOPCT品，它們各有特點。SOPE一個重要的部件是CPU因為沒有這個大腦，也就談不上SOPCTo圍繞著這個CPU各個廠家各出其招.首先是軟核的方案，Altera成功推出Nios和NiosII,在Cyclone等系列上得到了廣泛的應(yīng)用；Xilinx也不甘落后，推出了MicroBlaze,新的系列產(chǎn)品都支持這個CPU在SOPg使用軟核的好處不言而喻，和普通SOC使用軟核有異曲同工之處。一方面給使用者帶給了設(shè)計上的靈活性，同時升級到其他系列產(chǎn)品也很方便；幾款軟核還可以嵌入RTOSNios還給用戶提供了自定義命令的功能?？梢哉f軟核的使用加快了FPGAT場的普及。正是因為看到這個市場，CPU勺風云

8、人物ARM&不甘落后，也和Actel一起推出了Cortex-M1,也準備在FPG徽核這個市場上大顯身手。接下來看一看硬核的方案。Altera推出的帶有硬核的SOPOExcalibur,它的設(shè)計思想是把Apex20KE與一個ARM922勺200MH然成起來，這個主意看起來很不錯，但是實際效果并不好。在Altera的官方網(wǎng)站上，已經(jīng)明確告訴用戶，新的設(shè)計不推薦使用這個器件。主要原因應(yīng)該是產(chǎn)品定位和成本的問題。Excalibur并不適合做終端產(chǎn)品，因為它太貴了；如果作驗證系統(tǒng)的話，他又太弱了，很多廠家推出專門的FPGA僉證系統(tǒng)。所以看來是市場決定了產(chǎn)品生存。所以看來Altera現(xiàn)在的SOPC

9、fc打產(chǎn)品還是使用NIOS-II作為CPU再來看看Xilinx的硬核方案，Xilinx使用舊M的powerPC作為硬核，而且有的系列還集成了DSPslice可以說，性能很高，毫無疑問他的產(chǎn)品定位應(yīng)該主要是高端的通信，軍事，多媒體等領(lǐng)域。Xilinx推出這些產(chǎn)品的一個重要原因，就是他解決了價格的問題。因為它使用的是65nm口90nm的工藝，而且采用ASMBL技術(shù)，所以可以低成本提供高性能的芯片。針對這一趨勢，其他的FPG從廠，也會很快推出帶有硬核的高性能的SOP儡件。SOPC勺發(fā)展趨勢一直以來，在開發(fā)一個典型的系統(tǒng)時，設(shè)計人員仍不得不采用各種昂貴的，分立的模擬器件配合可編程邏輯器件或者混合信號的

10、ASIC作為解決方案.而SOPC是具有所有這些屬性的現(xiàn)成部件，利用它可以方便的選擇器件來構(gòu)成一個系統(tǒng)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的需要對處理器的資源進行裁剪.止匕外，由于各個器件之間通過總線的鏈接是自動生成的，這就大大縮減了系統(tǒng)的開發(fā)周期，也因此，針對于特定器件IP核的設(shè)計以及IP核的重用成為SOPCfe術(shù)的發(fā)展的關(guān)鍵.與傳統(tǒng)方法相比,SOPC的設(shè)計方法必須有根本的改變，即從以功能設(shè)計為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)流程，轉(zhuǎn)變到以功能組裝為基礎(chǔ)的全新流程.總之,SOPC技術(shù)的目標就是試圖將盡可能大而完整的電子系統(tǒng),包括嵌入式處理器系統(tǒng)，接口系統(tǒng)，硬件協(xié)處理器或加速器，DSP系統(tǒng),數(shù)字通信系統(tǒng),存儲電路以及普通數(shù)字系統(tǒng)等，在

11、單一可編程片上系統(tǒng)中實現(xiàn)，使得所設(shè)計的系統(tǒng)在規(guī)模,可靠性，體積，功耗，功能，性能指標，上市周期，開發(fā)成本，產(chǎn)品維護及其硬件升級等多方面實現(xiàn)最優(yōu)化，而這也是SOPCJ術(shù)發(fā)展的根本方向.目前SOPC勺發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下四個方面：一是向更高密度，更大容量的千萬門系統(tǒng)級方向邁進;二是向低成本，低電壓，微功耗,微封裝和綠色化方向發(fā)展；三是IP資源復用理念將得到普遍認同并成為主要的設(shè)計方式；四是嵌入式處理器IP將成為SOPC勺核心.對SOPC勺理解與感想：SOPC是用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上，來用于嵌入式系統(tǒng)的研究和電子信息處理.SOPC是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)，它是片上系統(tǒng)（SOC,即由

12、單個芯片完成整個系統(tǒng)的主要邏輯功能但它不是簡單的SOC它也是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。SOPC前提是SOCC統(tǒng)，所以SOPC1承著了SOC勺各種特點，而且SOPO具這PLD和FPGA勺優(yōu)點，一般卞S括其特點為：1.至少包含一個嵌入式處理器內(nèi)核2.具有小容量片內(nèi)高速RAM®源；3.豐富的IPCore資源可供選擇；4.足夠的片上可編程邏輯資源；5.處理器調(diào)試接口和FPGA®程接口；6.可能包含部分可編程模擬電路；7.單芯片、低功耗、微封裝。SOPC應(yīng)該是nios系統(tǒng)+硬實時部分+邏輯電路的一個組合體，其中nios負責數(shù)據(jù)管理，通訊，人機交互等實時性相對較低的任務(wù)，硬實時部分則是獨立于nios系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有IP,用hdl語言實現(xiàn)的某些實時性可靠性要求較高的關(guān)鍵部分，它可以和nios系統(tǒng)通過自定義的接口通訊。至于邏輯電路，這本就是fpga的強項，沒啥可說的，做一些接口以及邏輯處理吧。SOP做術(shù)是新興技術(shù)，有許多新