YAK SoC架构设计研究

• 作 者: 周中华
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2010年期

随着集成电路设计技术的高速发展，SoC（system-on-a-Chip）作为集成电路最新技术的代表成为集成电路设计领域的研究热点，并得到越来越广泛的应用。在进入SoC时代以后，设计者面临更多挑战。系统架构的设计、处理器IP的选择、功耗、时序、信号完整性、数字信号和模拟信号的处理等等都在挑战IC设计者的智慧。而其中的架构设计是必须引起重视的一个关键点。　　
YAK SoC定位于低成本的，可灵活配置的高性能通用SoC。本文研究的核心内容为YAK SoC的架构设计。从嵌入式处理器、片上总线、各功能IP、总线优先级和地址空间映射方面对YAK SoC系统平台提出了设计考虑。同时，在对YAK SoC系统平台提出设计考虑的基础上，确定了YAK SoC的基本架构范围，包括LEON3+AMBA架构、PowerPC+CoreConnect架构、MicroBlaze+CoreConnect架构、NiosⅡ+Avalon架构、ARM+AMBA架构和ORlK+WishBone架构。　　
为了获得最优的架构设计，本文分别对各个基本架构进行了研究。提出了包含处理器、片上总线、片上存储器和功能IP（GPIO）的最小 SoC系统，并以此最小SoC系统作为基准总共设计了6个实验，应用各种基本架构分别对最小SoC系统加以构建。实验完成后所获得的性能参数，主要包括速度、面积和功耗等等，成为最优基本架构设计的重要依据。同时，考虑到各种架构的特点以及YAK SoC的定位可以完成YAK SoC的基本架构设计。并在此基础上进行完善，进而完成YAK SoC的整体架构设计。　　
YAK SoC的RTL级映射也是本文的研究内容。研究包括IP映射、参数配置、片上总线仲裁算法设计、地址空间配置，源代码修改和平台扩展等。完成后的YAK SoC在Xilinx公司型号为XC3S1500FG456-4的FPGA进行原型验证，完成了软硬件调试，结果证明YAK SoC功能正确且运行正常，满足了设计需求。　　
YAK SoC采用完全开源的硬件和软件资源开发而成，具有成本低、配置灵活和性能高的特点。对于我国SoC设计技术发展相对滞后的国情来说，基于开源资源的SoC设计具有较大的现实意义。