第8章基于RTOS的嵌入式系统8.4嵌入式软件设计第-实验八应用层协议.doc

8.5 芯片系统 SoC通常是指在单一芯片上实现的数字计算系统，该系统包含两个基本部分：硬件部分和软件部分。硬件部分包括嵌入式处理器、总线、ROM/RAM、I/O 端口等计算机系统的基本部件；软件部分主要指操作系统，也可以包括重要的应用软件。SoC有两个基本设计技术——重用技术和嵌入式技术。 1 单硅片嵌入式系统的设计方法和设计技术 嵌入式系统发展到目前的SoC阶段，其设计所面对的工艺条件、设计工具和设计要求等都发生了重大变革，因此有必要分析单硅片嵌入式系统的设计方法和设计技术，以期适应系统应用的持续快速发展。 2 基于平台的设计方法 设计重用是应对单硅片设计复杂度日益增长的必要手段。IP（Intellectual Property）是集成电路知识产权模块的简称，是IC重用设计方法学的产物，对于解决集成电路工艺发展与设计效率增长之间的剪刀差发挥着重要作用。SoC集成技术可以简单地理解为“拼装”众多IP的过程。但是，随着电路规模的进一步增大，一个SoC至少包含十几种甚至更多IP，仅仅基于IP的“拼装”过程仍然不够简捷，设计能力仍然不足以满足需求。基于平台的设计方法应运而生。 SoC平台（文中有时简称为平台）是一个柔性可构的基本系统。它包括嵌入式处理器、总线、ROM/RAM、I/O 端口、部分专用IP模块和嵌入式操作系统，具有稳定、可重用和可扩展的基本属性。SoC平台是更大规模的一定领域内的重用单元，SoC平台可以像IP一样直接销售，也可以基于平台便捷地开发SoC产品从而实现利润增值。 基于平台的设计方法（Platform-based Design Methodology）是指在SoC平台的基础上，通过“增加”或“删减”少量IP，快速设计出目标SoC芯片的技术。基于平台设计方法的出现进一步降低了SoC设计过程中系统集成的难度和风险，从而提高设计效率，缩短设计周期，缓解面市时间所带来的压力。 基于平台的SoC设计的质量和效率在很大程度上取决于可重用单元库（Repository）的完备性。这里“库”的概念不仅指其中存储的可重用单元（从颗粒度来分可以分为：平台和IP两种），同时，也包含数据库的管理机制、EDA支持等国际上通行的全部含义。平台本身将是构成下一个抽象层次的“可重用单???”。 图1是一个典型的基于平台的SoC设计流程。系统工程师规划和设计SoC的体系结构；系统集成工程师则根据设计规范要求分别从SoC平台库中选择合适的平台，从IP库中选择合适的IP；然后使用成熟的SoC集成技术（包括设计技术/环境和验证技术/环境）和相关工程技术，高效、高质量地“拼装”出芯片。 图1? 基于平台的SoC设计流程 3 可重构设计技术 随着深亚微米技术的不断进步，掩模费用也不断攀升，ASIC设计的NRE费用将超过人民币1000万。降低设计成本从来是推动设计技术进步的基本动力之一，加之近年来可编程技术的快速发展，使得将“专用”与“通用”模块集成到单硅片上成为现实，从而形成具有可重构功能的单硅片系统，这种可重构技术与系统芯片设计技术相融合的思想一出现，便在业界掀起一次技术创新的革命。 可重构技术是指在芯片中设置一个或多个可重构单元（Re-Configurable Unit，RCU），使最终用户可以对芯片的部分电路结构进行现场硬编程和软编程（即柔性设计），从而达到缩短产品面市时间、易于更新换代，延长芯片生命周期的目的。可重构技术是SoC设计业的前沿技术领域。 信息技术的高速发展以及产品面市周期（Time-to-Market，TTM）的压力，迫使设计工程师不得不使用灵活的可重构设计平台来开发新产品或者完成技术升级。此外，可重构SoC还为用户留有足够的空间，满足系统用户实现应用增值或者个性化创新，以适应市场多样性的需求。 由于嵌入式系统是应用导向的计算系统，不同的应用需求需要有不同的软硬件设计。而嵌入式系统本身在软硬件的配置上又是相当多样化的，例如待开发的系统需要与其他系统做资料交换，传输介面就有多种选择，有线的可以是RS232、USB，甚至是速度更快的IEEE 1394；无线的也有IrDA、Bluetooth、IEEE 802.11b等不同协议。在这种情况下完全重新设计系统就很辛苦，再加上嵌入式系统高稳定性的要求，造成结果有近80％的嵌入式系统开发进度延迟[4]。嵌入式系统对多样性和灵活性的要求决定了可重构技术将是其发展方向之一。 4 单硅片嵌入式系统的发展趋势蜒无所不在的“智能芯片” 在过去的五年中虚拟环境、移动通信和传感器技术都取得了重大研究进展[5]。其中，虚拟环境技术通过3D显示和交感设备使用户处于虚拟的合成世界中，而通信技术的不断丰富和日趋完善，加之多媒体技术的发展，沉浸式虚拟遥现（IVT，Immersive Virtual Te