利用8051內核使SoC設計不再復雜的模擬仿真

1 概述

隨著集成電路工藝技術的發(fā)展和EDA設計水平的迅速提高，基于知識產權IP(Intellectual Property)核進行系統(tǒng)芯片SoC(System on Chip)設計的能力和技術得到了大大提高。利用該技術，可以將整個系統(tǒng)包括微處理器、ASIC、內存和外設等集成到一個芯片中。在進行SoC 芯片設計過程中，由于8051系列單片機的廣泛使用和成熟的技術，許多SoC芯片的設計者在選用8位處理器做內核時常采用8051。SoC芯片的設計是十分復雜的，不僅要考慮芯片IP核的系統(tǒng)構成、軟硬件協(xié)同設計、不同工藝的綜合等問題，還要考慮在設計過程中，如何實現(xiàn)對芯片的模擬驗證以及設計成功后針對該芯片仿真裝置的實現(xiàn)，從而促進所設計系統(tǒng)芯片的迅速推廣。

2 SoC芯片的設計技術

2.1 軟硬件協(xié)同設計流程

SoC芯片是一種以可重用IP核為基礎,以軟硬件協(xié)同設計為主要設計方法的芯片設計技術。參考文獻[2]提出的SoC設計流程如圖1所示。

圖1 SoC芯片設計流程

系統(tǒng)芯片經(jīng)軟硬件劃分后，設計基本分為兩部分：芯片硬件設計和軟件協(xié)同設計。芯片硬件設計包括硬件描述、時序設計、驗證等；軟件協(xié)同設計要考慮指令集、指令編譯系統(tǒng)、開發(fā)集成環(huán)境、模擬仿真設備等。為達到盡快上市的目的，要求這兩方面并行展開，甚至要求在芯片上市之前，相應的開發(fā)裝置和仿真環(huán)境就應該建立起來。對于需要進行程序掩模的芯片，這種要求就更加迫切。2.2 應用于固網(wǎng)短消息電話的SoC設計

該芯片是根據(jù)中國電信對于固網(wǎng)短消息話機的要求而設計的系統(tǒng)芯片，可以廣泛應用于來電顯示電話(CID：Calling Identify Delivery)和固網(wǎng)短消息電話等。

該系統(tǒng)芯片將CPU和多個模擬功能模塊(CID部分)集成到一個芯片內，采用8051為CPU核，指令集與標準8051完全兼容；CID部分由FSK調制解調器、DTMF(雙音多頻)撥號、CAS(CPE Alerting Signal)信號檢測、振鈴檢測等IP核組成。這是一個數(shù)?；旌喜⒕邆渫暾娫捁δ艿南到y(tǒng)芯片。系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 短消息系統(tǒng)芯片結構

設計中，8051核與各功能IP核通過寄存器和數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

8051內部有256字節(jié) RAM，其中后128字節(jié)為特殊功能寄存器。我們在該芯片設計中將CID部分電路所用寄存器(共12個)定義在該區(qū)間內。

該芯片工作流程如下：振鈴檢測模塊在檢測到振鈴信號后,置位RING_F寄存器中相應位，產生中斷或經(jīng)CPU輪循檢測；軟件響應該信號后置位FSK_F 中FSK使能寄存器，F(xiàn)SK解調器工作，F(xiàn)SK在接收到數(shù)據(jù)后，置位FSK_F中數(shù)據(jù)準備好寄存器，產生中斷或CPU輪循檢測，軟件通過數(shù)據(jù)總線讀出該數(shù)據(jù)；CAS模塊根據(jù)CAS_F中CAS捕獲時間寄存器檢測,收到CAS信號后，置位CAS_F中相應寄存器，產生中斷；DTMF信號產生模塊根據(jù) DTMF_F寄存器內容發(fā)出DTMF信號。

3 系統(tǒng)芯片驗證和仿真器設計方案

3.1 系統(tǒng)芯片的驗證問題

系統(tǒng)芯片在硬件設計和軟件設計結束后，按流程要求進行系統(tǒng)驗證，這就需要構建一個驗證平臺。對于數(shù)字電路來說，采用FPGA基本可以實現(xiàn)對芯片設計的完全驗證；而對于數(shù)?；旌想娐废到y(tǒng)芯片來說，驗證則十分復雜。在本設計中，由于各外圍模擬IP核在市場上均有相應模塊，因此，可以考慮將FPGA和這些模擬芯片有機地組合起來，實現(xiàn)對該系統(tǒng)芯片的驗證。

3.2 仿真器的設計目標

一個8051仿真器系統(tǒng)包括仿真器、編譯器、集成開發(fā)和調試仿真環(huán)境等。在進行基于8051核