Designing SOCs with Configured Cores

Designing SOCs with Configured Cores pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Morgan Kaufmann
作者:Steve Leibson
出品人:
页数:344
译者:
出版时间:2006-07-11
价格:USD 59.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780123724984
丛书系列:
图书标签:
  • SOC
  • SoC设计
  • 可配置核心
  • 嵌入式系统
  • 硬件设计
  • 数字电路
  • Verilog
  • VHDL
  • FPGA
  • ASIC
  • 系统级设计
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具体描述

Microprocessor cores used for SOC design are the direct descendents of Intels original 4004 microprocessor. Just as packaged microprocessor ICs vary widely in their attributes, so do microprocessors packaged as IP cores. However, SOC designers still compare and select processor cores the way they previously compared and selected packaged microprocessor ICs. The big problem with this selection method is that it assumes that the laws of the microprocessor universe have remained unchanged for decades. This assumption is no longer valid.

Processor cores for SOC designs can be far more plastic than microprocessor ICs for board-level system designs. Shaping these cores for specific applications produces much better processor efficiency and much lower system clock rates. Together, Tensilicas Xtensa and Diamond processor cores constitute a family of software-compatible microprocessors covering an extremely wide performance range from simple control processors, to DSPs, to 3-way superscalar processors. Yet all of these processors use the same software-development tools so that programmers familiar with one processor in the family can easily switch to another.

This book emphasizes a processor-centric MPSOC (multiple-processor SOC) design style shaped by the realities of the 21st-century and nanometer silicon. It advocates the assignment of tasks to firmware-controlled processors whenever possible to maximize SOC flexibility, cut power dissipation, reduce the size and number of hand-built logic blocks, shrink the associated verification effort, and minimize the overall design risk.

An essential, no-nonsense guide to the design of 21st-century mega-gate SOCs using nanometer silicon.

Discusses todays key issues affecting SOC design, based on authors decades of personal experience in developing large digital systems as a design engineer while working at Hewlett-Packard's Desktop Computer Division and at EDA workstation pioneer Cadnetix, and covering such topics as an award-winning technology journalist and editor-in-chief for EDN magazine and the Microprocessor Report.

Explores conventionally accepted boundaries and perceived limits of processor-based system design and then explodes these artificial constraints through a fresh outlook on and discussion of the special abilities of processor cores designed specifically for SOC design.

Thorough exploration of the evolution of processors and processor cores used for ASIC and SOC design with a look at where the industry has come from, and where its going.

Easy-to-understand explanations of the capabilities of configurable and extensible processor cores through a detailed examination of Tensilicas configurable, extensible Xtensa processor core and six pre-configured Diamond cores.

The most comprehensive assessment available of the practical aspects of configuring and using multiple processor cores to achieve very difficult and ambitious SOC price, performance, and power design goals.

好的,这是一份关于设计集成电路中系统级片上系统(SoC)的图书简介,重点介绍构建可配置核心、验证流程、功耗管理以及面向特定应用领域的定制化设计方法,完全不提及您提供的书名信息。 --- 芯片设计前沿:面向现代SoC架构的构建、验证与优化 书名暂定: 芯片架构深度解析:面向高性能与低功耗的集成系统设计实践 目标读者: 硬件工程师、系统架构师、嵌入式系统开发者、芯片设计专业学生及对高级数字集成电路设计感兴趣的技术人员。 内容概述: 在当前集成电路设计领域,系统级片上系统(SoC)已成为主流。随着摩尔定律的演进和应用需求的日益复杂,如何高效地集成多种功能单元(如处理器、专用加速器、存储控制器和各类接口)到单个芯片上,同时满足严格的性能、功耗和面积(PPA)指标,成为了现代SoC设计的核心挑战。本书旨在提供一套全面、深入且实用的方法论,指导读者从系统级构思到物理实现的全流程,构建出高可靠性、高效率的SoC架构。 本书的重点不在于介绍通用的EDA工具使用手册,而是深入探讨设计理念、架构选择的权衡、验证策略的制定以及关键性能瓶颈的解决。我们通过对实际设计案例的剖析,展示如何将抽象的系统需求转化为具体的硬件实现。 第一部分:SoC架构的基石与模块化设计 本部分着重于SoC设计的基础构建块和系统级规划。 1. SoC架构概述与设计流程重构: 我们将重新审视现代SoC的结构,强调从传统的模块化设计向更紧密耦合的系统级集成演进。讨论在不同设计阶段(RTL级、综合级、布局布线级)对系统性能的影响。重点分析异构计算平台的兴起,以及如何平衡通用处理器与专用加速器之间的协同工作。 2. 可配置核心的设计哲学与实现: 成功的SoC设计往往依赖于灵活、可重用的计算或功能核心。本章将深入探讨如何设计参数化(Parameterized)和可配置(Configurable)的核心IP。内容涵盖指令集架构(ISA)的选择、流水线深度与分支预测机制的灵活调整,以及如何通过参数化技术在RTL代码层面实现面积与性能的权衡。我们将讨论基于硬件描述语言(HDL)的高级抽象技术,用于快速生成不同规格的核心版本,以适应不同的市场需求。 3. 互连结构:片上网络(NoC)的艺术: 在SoC中,数据传输的效率直接决定了整体性能。本书将详细分析片上网络(Network-on-Chip, NoC)的设计原理,包括拓扑结构的选择(如Mesh、Torus、Custom Mesh)、路由算法(如XY Routing、Adaptive Routing)的设计与性能影响。重点讲解如何构建高效的仲裁机制和流量控制协议,确保数据在多个功能单元之间无阻塞地传输,并讨论如何集成QoS(服务质量)机制来保障关键任务的数据流。 第二部分:功耗、时序与物理实现挑战 高性能的同时,如何驾驭日益增长的功耗和时序约束是决定SoC能否成功量产的关键。 4. 功耗管理:从架构级到门级: 现代SoC面临严峻的功耗挑战。本章将系统性地介绍多层次功耗优化策略。从架构层面探讨动态电压与频率调节(DVFS)的实现机制和调度策略;在 RTL 层面介绍时钟门控(Clock Gating)和电源门控(Power Gating)的设计规范与验证方法。内容还将涉及低功耗设计(LPD)的流程,包括处理留痕(Header/Footer)的插入与验证,以及如何利用流程工具进行自动化的功耗优化。 5. 高级时序收敛与物理约束: 随着芯片集成度的提高,时序分析变得愈发复杂。本书将侧重于时序驱动设计(Timing-Driven Design)的实践。讨论如何设定合理的时序预算,处理长路径与时钟域交叉(CDC)问题。深入探讨布局布线阶段对时钟树综合(CTS)的敏感性,以及如何通过设计实现(P&R)阶段的精细控制,确保在最终的制造工艺下满足严格的时序要求。 第三部分:功能安全与完备性验证 在面向汽车电子、医疗设备等高可靠性领域时,验证不再仅仅是检查功能正确性,更是确保系统安全的关键步骤。 6. 验证环境的构建与自动化: 本书强调基于验证平台(Verification Platform)的系统级验证方法。内容覆盖从简单的模块级测试平台(Testbench)到复杂的基于约束的随机验证(CBV)环境的搭建。我们将详细介绍如何利用UVM(Universal Verification Methodology)框架构建可重用的验证IP和环境,以及如何集成形式验证(Formal Verification)工具来覆盖关键安全路径。 7. 功能安全(Functional Safety)与错误检测机制: 对于关键任务系统,系统必须具备自检和错误恢复能力。本章将介绍冗余设计(Redundancy)和纠错码(ECC)在SoC中的应用。深入探讨如何设计内建自测试(BIST)逻辑,用于存储器和逻辑模块的在线或离线测试。同时,我们将分析如何实现系统级的错误报告和恢复机制,以满足功能安全标准(如ISO 26262)的基本要求。 第四部分:面向特定领域的定制化与加速 成功的设计往往需要针对特定应用进行高度优化。 8. 专用加速器与接口集成: 探讨如何设计与集成高性能的专用处理单元(如DSP、AI/ML加速器),以及如何通过定制化的AXI/ACE总线接口高效地与处理器核心进行数据交互。重点分析数据流的映射、缓存一致性协议的实现,以及如何避免因接口带宽瓶颈导致的性能损失。 9. 系统级仿真与性能建模: 在RTL实现之前,准确的系统级性能预测至关重要。本书介绍使用事务级模型(TLM)进行快速、高抽象级的仿真技术。讨论如何建立精确的功耗和性能模型,用于在早期的设计迭代中评估不同架构选择的优劣,从而指导硬件/软件的协同设计。 --- 本书的独特价值: 本书超越了单一模块的设计细节,聚焦于系统集成、跨学科的权衡艺术以及面向未来挑战的架构韧性。通过结合理论基础与工业实践,读者将掌握设计出下一代复杂、高效能SoC所需的全局视野和深度技术能力。本书的案例分析将侧重于展示设计决策背后的“为什么”,而非仅仅是“如何做”,帮助工程师建立起独立思考和解决复杂集成问题的能力。

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