soc系统平台在eda技术教学中应用

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1、SoC系统平台在EDA技术教学中应用摘要：针对本科阶段SoC系统教学的不足，研发了SoC系统平台并成功应用于EDA技术教学中。通过积极探索EDA技术课程教学，加强实践环节指导，提升学生对SoC系统的理解，初步建立起软硬件协同设计的思想。关键词：EDA；SoC；教学特色作者简介：侯宁（1982-），男，河南镇平人，河南城建学院电气与信息工程学院，讲师；赵张飞（1984-），男，安徽滁州人，河南城建学院电气与信息工程学院，助教。（河南平顶山467000）分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-007

2、9（2014）08-0088-02集成电路工艺的不断进步，使得整个嵌入式系统可以集成到单颗芯片中，称为系统芯片（System-on-a-chip,SoC）。SoC是在专用ASIC的基础上发展起来的，其不再是功能单一的单元电路，而是一种面向某种应用的嵌入式系统。[1，2]与由分立器件构成的板级系统相比，SoC在成本、体积、速度、集成度、功能多样性等方面均具有极大优势，是各种自动化设备、汽车电子、家电、消费类电子领域的核心部件。由于我国在集成电路设计领域起步较晚，虽然历经十余年的奋起直追，但与国外的差距反而有

3、逐步拉大的趋势。2012年，国内芯片进口总量2197.17亿个，总额约1650亿美元，已经超过石油进口总额的1200亿美元。SoC芯片的进口量更是在芯片进口总量中占有极大比重，因此，培养合格的集成电路设计人才是高校面临的一项极其迫切的任务。一、EDA技术教学面临的挑战SoC系统设计包含硬件设计和嵌入式软件设计两个方面，需要微机原理、数字电路设计、模拟/射频电路设计、嵌入式软件等多学科的知识与技能。同时，由于SoC系统需要软硬件协同实现系统功能，因此设计者必须在定义SoC功能规范时，确定SoC系统的软硬件划

4、分。随后，按照软件工程方法学设计嵌入式软件，按照VLSI集成电路设计方法学设计硬件。在设计过程中也需要结合软硬件协同设计的思想，加快SoC系统的设计进度。［3,4］现阶段，我国高校中电子类及通讯类专业均开设有导论性质的SoC系统课程，但是理论性太强，学生缺乏对SoC系统的直观认识并且出现重嵌入式软件，轻体系结构及硬件设计的问题。学生对系统总线、知识产权核(intellectualProperty,IP)、软硬件划分、软硬件协同设计等概念不甚了解EDA技术是通讯工程、电子信息工程、电子科学与技术及相关专业的

5、一门专业基础课，也是唯一一门讲述现代数字电路设计方法及流程的课程。［5］当前EDA技术实验面临内容单一，实验项目常以验证型实验为主，学生的设计难以突破实验箱的限制。［6］此外，在该课程教学之前，学生通过微机原理、单片机原理等课程的学习，已经对嵌入式系统的体系结构、指令集等概念建立起整体认识，但是由于面对的仍然是8051、8259等分立器件，学生还没有建立系统的概念，特别是软硬件协同设计的思想。因此，EDA技术教学中，在学生掌握了基本组合电路、时序电路设计方法后，利用一个真实的SoC系统平台进行实践教学，可

6、以使学生进一步理解SoC系统，通过SoC系统实验使学生初步建立起软硬件协同设计思想。二、SoC系统平台介绍为了满足EDA设计课程教学中SoC系统实验的需要，笔者开发了一款嵌入式SoC系统平台，如图1所示。嵌入式SoC系统平台包括一款兼容ARM指令集［7］的处理核。AHB总线挂接内部存储器，默认从设备，中断控制器。处理核通过APB总线桥访问常用的慢速外设，包括通用10、定时器、SPI接口、I2C接口以及UART接口。嵌入式SoC系统平台结构简单，参数化设计，外设丰富，除了满足SoC系统实验要求外，还可以做为

7、EDA课程设计的基础平台开展一些开放性实验。笔者开设的SoC系统实验课没有采用Altera公司的S0PC实验环境。［8,9］笔者认为对于初步接触SoC系统的学生而言，该平台涉及的自动化工具过多，容易将学生学习的注意力转移到工具的使用上，而忽略了对SoC系统本身的学习。三、SoC系统实验介绍已经开设的SoC系统实验包括系统总线实验、通用总线接口(GeneralPurposeI叩utOutput,GPIO)设计实验和开放性实验三部分。通过这部分内容的学习，要求学生掌握系统总线、IP核的概念，初步建立软硬件协同

8、设计思想并理解软硬件资源开销。1.系统总线实验微机原理和单片机课程通常以8051作为授课对象。8051的外部总线是一种板级三态总线，要求地址和数据总线复用，完全不同于强调流水操作的现代系统总线。AMBA总线是ARM公司定义的一种系统总线规范，用于ARM处理核与外设IP间的数据通讯，是一种典型的现代系统总线。①由于ARM处理核超高的市场占有率，AMBA总线标准应用广泛。AMBA总线规范内容较多，实验仅涉及AHB-LITE总线和A