自從晶體管和集成電路問世以來,IC產(chǎn)業(yè)便遵循著摩爾定律飛速發(fā)展。二十世紀(jì)九十年代,系統(tǒng)芯片(System On Chip,SoC)開始興起,進入二十一世紀(jì)后,隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展和不斷深化,SoC技術(shù)已逐漸成為集成電路設(shè)計的主流,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,在通信、交通、自動化、網(wǎng)絡(luò)及消費電子等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用,SoC產(chǎn)品的市場競爭也日趨激烈,如何在最短的時間內(nèi)開發(fā)出高性能、低功耗、低成本的SoC產(chǎn)品,成為了人們越來越關(guān)注的問題。本論文以高性能指紋識別芯片項目為背景,介紹了所設(shè)計的基于特定應(yīng)用的SPI接口模塊IP,并詳細敘述了 IP核的集成和驗證過程,以及最終的物理實現(xiàn)結(jié)果。本論文首先對SoC相關(guān)知識和SoC驗證技術(shù)進行了簡要介紹,同時也對指紋識別系統(tǒng)進行了說明。然后詳細敘述了 SPI接口模塊的設(shè)計與集成,介紹了 SoC驗證環(huán)境及驗證過程。最后介紹了芯片的物理實現(xiàn)過程和結(jié)果。本論文的工作基于實際的嵌入式SoC產(chǎn)品的研發(fā),以SPI接口模塊為例,整體上介紹了 SoC產(chǎn)品研發(fā)中IP核由設(shè)計到實現(xiàn)的過程。本論文重點介紹了 SPI接口模塊的設(shè)計與驗證過程。該模塊采用AMBA2.0標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)與系統(tǒng)內(nèi)部的通信,并且包含DMA握手接口,可通過DMA方式提高數(shù)據(jù)傳輸效率。對該模塊的驗證則是將其集成到系統(tǒng)中,在SoC環(huán)境下進行驗證。驗證方法采用基于仿真平臺和FPGA平臺的軟硬件協(xié)同驗證,在驗證模塊功能的同時,也保證了模塊可與系統(tǒng)協(xié)同工作。本論文的最后介紹了芯片的物理實現(xiàn)過程。物理設(shè)計與驗證是芯片設(shè)計中的重要環(huán)節(jié),影響著電路的性能、功耗與成本。使用Synopsys公司的Design Compiler工具對芯片進行邏輯綜合,ICCompiler工具進行版圖設(shè)計,并進行DRC和LVS檢查。本論文所介紹的SPI接口模塊是針對特定應(yīng)用進行開發(fā)的,合理規(guī)劃內(nèi)部結(jié)構(gòu),采用DMA方式輔助傳輸,在保證傳輸效率的同時,盡量降低其面積和功耗,以利于芯片整體的性能提升。本論文介紹了 IP核的設(shè)計、驗證以及物理實現(xiàn)的完整流程,并已在實踐中得到成功應(yīng)用,在SoC產(chǎn)品研發(fā)中具有一定的理論和指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN402
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號對照表
縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 論文主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
第二章 SoC系統(tǒng)概述
    2.1 SoC系統(tǒng)分析
        2.1.1 SoC系統(tǒng)整體架構(gòu)
        2.1.2 SoC關(guān)鍵技術(shù)
    2.2 SoC驗證技術(shù)
        2.2.1 仿真驗證技術(shù)
        2.2.2 靜態(tài)時序分析技術(shù)
        2.2.3 FPGA驗證技術(shù)
        2.2.4 形式驗證技術(shù)
        2.2.5 軟硬件協(xié)同驗證技術(shù)
    2.3 基于Cortex-M0的SoC系統(tǒng)
        2.3.1 處理器
        2.3.2 系統(tǒng)總線
        2.3.3 存儲器模型
    2.4 本章小結(jié)
第三章 SPI接口模塊設(shè)計
    3.1 SPI協(xié)議簡介
        3.1.1 接口信號
        3.1.2 系統(tǒng)構(gòu)成
        3.1.3 傳輸方式與時序
    3.2 APB協(xié)議簡介
        3.2.1 基本傳輸規(guī)范
        3.2.2 APB從機
    3.3 SPI接口模塊的RTL設(shè)計
        3.3.1 功能描述
        3.3.2 接口信號
        3.3.3 模塊劃分
        3.3.4 寄存器定義
        3.3.5 各子模塊的詳細功能及實現(xiàn)
    3.4 SPI接口模塊的驅(qū)動設(shè)計
        3.4.1 設(shè)備的軟件層描述
        3.4.2 驅(qū)動函數(shù)的編寫
    3.5 本章小結(jié)
第四章 SPI接口模塊在SoC環(huán)境下的驗證
    4.1 IP核的系統(tǒng)集成
    4.2 軟硬件協(xié)同驗證
    4.3 基于仿真平臺的軟硬件協(xié)同驗證
        4.3.1 仿真平臺的搭建
        4.3.2 驗證方案設(shè)計
        4.3.3 寄存器讀寫測試及測試結(jié)果
        4.3.4 數(shù)據(jù)傳輸功能測試及測試結(jié)果
    4.4 基于FPGA的軟硬件協(xié)同驗證
        4.4.1 FPGA硬件驗證平臺的搭建
        4.4.2 FPGA驗證的軟件環(huán)境
        4.4.3 驗證方案設(shè)計
        4.4.4 驗證過程及結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第五章 物理設(shè)計與驗證
    5.1 IC后端設(shè)計簡介
    5.2 指紋識別芯片的邏輯綜合
        5.2.1 邏輯綜合原理與流程
        5.2.2 指紋識別芯片邏輯綜合的具體實現(xiàn)
    5.3 指紋識別芯片的版圖設(shè)計
        5.3.1 版圖設(shè)計概述
        5.3.2 指紋識別芯片的版圖設(shè)計
    5.4 芯片的物理驗證
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
參考文獻
致謝
作者簡介

【參考文獻】

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