一种基于FPGA的SoC设计

黄辰

摘要：随着集成电路 IC 的快速发展， SoC 整合了多种器件，已成为超大规模集成电路的发展趋势和新世纪集成电路的主流。由于其电路具有高复杂性， 为了满足缩短开发周期和降低成本的要求， SoC的设计实现必须采用基于 IP的设计方法。 IP 核的开发是 SoC这种设计方法的关键和基础。该文主要以现在广为使用、功能强大的32位单片机为模型， 介绍IP 核的设计方法和流程， 采用 Verilog 硬件描述语言， 并用 FPGA 实现。

关键词： IP；IC； Soc ；FPGA

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）31-7480-03

近年来，芯片的复杂程度越来越高，开发周期越来越长。另一方面，随着制程的发展，芯片生产在工艺上的花费越来越大，甚至超出研发本身。与之矛盾的，一些新的技术层出不穷，这些新的技术需要芯片来实现，导致芯片升级换代越来越频繁。因此，为了更加高效地设计芯片，人们越来越多地将目光集中在定制硬件技术上。在定制硬件技术中，IP核的运用已相当成熟和广泛，这种方法能够有效提高IC设计效率。同时FPGA的发展和普及大大降低了定制硬件的开发难度和成本，FPGA的全可编程特点，能够最大程度上满足定制化的要求。

SoC（System on Chip ， 片上系统 ） 是集成许多功能的复杂系统， 内部可包含多个处理器，其快速、可靠、低成本的开发方法就是基于 IP 的 IC 设计方法。

5 结束语

本设计在ISE环境下， 通过 Xilinx 公司spartan 系列的 FPGA 芯片实现了 SoC 功能。FPGA 技术及特点决定其可在一块芯片上为复杂的板上系统提供一种更高效稳定的解决方案， 而且 SoC 指令集和存储空间等模块可灵活定制和扩展， 表明基于 FPGA 技术在设计 SoC 核和大规模集成电路设计方面， 可根据实际情况定制， 具有灵活性、可靠性和可扩展性， 必将在实际中得到很好的应用。

参考文献：

[1] 王春平，张晓华，赵翔.Xilinx可编程逻辑器件设计与开发（基础篇）[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[2] [DB/OL].Xilinx DS160 Spartan-6 Family Overview ds160.pdf.

[3] 白广治，陈泉根，许晏.十六位单片机IP研究与FPGA实现[J].微计算机信息，2006（20）.

[4] 刘小俊，涂春霞.基于 EDA 技术的单片机 IP 核设计[J].微计算机信息，2008，24（ 7- 2）.

[5] 潘松，黄继业.EDA技术实用教程[M].北京：科学出版社，2002.

[6] 李亚民.计算机原理与设计[M].北京：清华大学出版社，2011.