SoC的概念及其设计流程和设计方法

系统芯片（SoC：System-on-a-chip）指的是在单个芯片上集成一个完整的系统，对所有或部分必要的电子电路进行包分组的技术。所谓完整的系统一般包括中央处理器、存储器、以及外围电路等。 SoC 是与其它技术并行发展的，如绝缘硅（SOI），它可以提供增强的时钟频率，从而降低微芯片的功耗。

　　系统芯片技术通常应用于小型的，日益复杂的客户电子设备。例如，声音检测设备的系统芯片是在 单个芯片上为所有用户提供 包括音频接收端、模数转换器（ADC）、微处理器、必要的存储器以及输入输出逻辑控制等设备。此外系统芯片还应用于单芯片无线产品，诸如蓝牙设备，支持单芯片 WLAN 和蜂窝电话解决方案。

　　由于空前绝后的高效集成性能，系统芯片是替代集成电路的主要解决方案。SoC 已经成为当前微电子芯片发展的必然趋势。

SoC研究内容

　　随着应用的不断发展，芯片的设计也越来越复杂，性能要求也越来越高，而且激烈的市场竞争使得电子产品上市时间的压力越来越大，设计者需考虑的问题也越来越多，采用传统的电路级设计必将导致许多估计不到的难度。因此，需要人们重新审视已经熟知的设计方法，必须提出一套符合新的设计思路、新的工艺环境、严格的时序要求、以及高的性能标准的设计方法。然而在探索SoC设计方法进程中，首当其冲的是系统级设计方法SLD（System Level Design）的研究，因为它获得了来自学术界、工业界以及多种不同行业的重视，是未来芯片设计中的最重要砝码。当然，它也是最具挑战性的内容。

　　上图概括了面向SoC系统级的主要研究内容，包括：软硬件协同设计技术、设计重用技术、与底层相结合设计技术。三者相辅相成、相互促进。软硬件协同设计技术常与设计重用技术交织在一起，成为目前SoC系统级设计的主要部分。而与底层相结合的高层设计技术是在现阶段由于制造工艺不断进步进入纳米级环境的前提下，提出的一种能有效解决高层综合和物理设计不匹配而导致设计不收敛问题的新技术。

3、SoC软硬件协同设计流程

　　在SoC中，尤其是在面向特定应用领域的SoC中，软硬件的结合是非常紧密的，软件和硬件之间的功能划分，以及它们的实现并没有固定的模式，而是随应用的不同而变化。

　　 一般来说，面向SoC的软硬件协同设计理论是从一个给定的系统描述着手，通过有效地分析系统任务和所需的资源，采用一系列变换方法并遵循特定的准则自动生成符合系统功能要求、符合系统约束的硬件和软件架构。在经历长期的理论探索后，SoC的软硬件协同设计将迎来高速发展的时期。目前，在软硬件设计中最为活跃的研究工作包括系统描述、软硬件划分、软硬件协同综合、以及软硬件协同模拟与验证。上图给出了一个较为普遍的面向SoC软硬件协同设计流程。

4、SoC系统级设计方法

　　 SoC系统级设计方法学在国外的研究十分活跃，许多EDA厂商、研究机构以及大学都开发了适应于SoC系统级的设计工具，并提出相应的设计流程和设计方法。一般来说，这些方法基本采用层次化（Hierarchical）的设计思想和正交性（Orthogonalization）的设计原则来完成系统级设计。目前，在学术界和工业界比较认可的SoC系统级设计方法学，从性质上基本可分为三大阵营：自顶向下、自底向上、上下结合或中间相遇。从具体的表现形式和实现方式来说，这三大阵营分别由以下三个研究团体提出的相关方法和技术支撑，即：美国加州大学Irvine分校嵌入式系统研究小组的基于SpecC的逐层细化求精设计方法、法国TIMA实验室系统级综合小组的基于组件的多处理器核SoC设计方法、美国加州大学Berkeley分校CAD研究小组的基于平台的设计方法。表1列举了三种不同的系统级设计方法的主要优缺点及其典型代表。