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基于多操作系统的SoC软硬件协同设计验证

作　者: 张帆
导　师: 田泽
学　校: 西北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: ARM SoC FPGA 软硬件协同验证嵌入式操作系统
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着集成电路深亚微米工艺水平的推进,电子产品市场对设计功能高度集成的片上系统(System-on-Chip,SoC)芯片的需求更加迫切。在这种趋势下SoC设计为了以较低的单位成本快速生产出满足需求的高性能芯片,应用众多设计成熟稳定的知识产权核集成到单片芯片中以提高设计速度。因此使芯片系统功能的复杂度急剧的提高,同时也给芯片设计的验证环节带来了巨大的挑战。因此,为了确保芯片的流片成功率,研究针对SoC设计提出科学高效的验证策略,并基于芯片系统的具体功能项实施充分完备的验证。本文针对SoC验证环节中的核心问题进行分析研究。首先依据SoC设计特点,从验证目的、验证方法流程和验证环境三个方面提出软硬件协同设计验证策略,并基于多操作系统的SoC芯片课题作为研究背景实施验证工作。全文采用分层的验证策略,从模块级验证开始逐级提高验证级别,最终实现系统级应用验证。系统验证应用基于FPGA的原型验证平台,采用嵌入式操作系统的SoC软硬件系统协同验证方法,针对两种典型的实时嵌入式操作系统μCOS-Ⅱ和μCLinux实施移植,并凭借应用验证程序针对SoC设计资源实施验证。通过分析验证结果可以得出,基于操作系统的软硬件协同设计验证策略能够为SoC系统设计提供有效的设计验证保证,不仅明显的缩短了验证周期,而且有效提高了验证设计资源的可复用性。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 论文选题背景及意义  10-12
  1.3 国内外研究现状  12-13
  1.4 论文相关研究工作  13-14
  1.5 论文的内容安排  14-17
第二章 SoC软硬件协同设计验证策略及结构框架  17-25
  2.1 SoC软硬件协同设计验证策略  17-22
    2.1.1 软硬件协同设计验证目的  17-18
    2.1.2 软硬件协同设计验证方法流程  18-21
    2.1.3 软硬件协同设计验证环境  21-22
  2.2 软硬件协同设计验证整体结构框架  22-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章基于ARM架构SoC的IP/模块级协同验证  25-35
  3.1 基于ARM的SoC系统架构  25-27
    3.1.1 SoC系统设计架构  25-26
    3.1.2 ARM处理器及片上AMBA总线  26-27
    3.1.3 SoC片上IP资源  27
  3.2 单IP/模块级验证设计  27-34
    3.2.1 基于AVM的IP/模块验证方法  28-29
    3.2.2 单IP/模块的验证平台构建  29-30
    3.2.3 基于规范生成验证用例  30-31
    3.2.4 带约束的随机向量生成  31-32
    3.2.5 验证覆盖率及可追溯性机制  32-34
    3.2.6 验证结果分析  34
  3.3 本章小结  34-35
第四章基于ARM的SoC系统原型验证  35-63
  4.1 原型验证策略  35-38
    4.1.1 原型验证的目的及挑战  35-36
    4.1.2 原型验证的实施方案  36-37
    4.1.3 针对两种不同原型验证方案的对比分析  37-38
  4.2 基于软件平台的系统虚拟原型验证  38-47
    4.2.1 虚拟原型验证流程  39-40
    4.2.2 虚拟原型验证环境  40-41
    4.2.3 虚拟原型验证过程  41-47
  4.3 基于FPGA的系统原型验证  47-60
    4.3.1 基于FPGA原型验证的目的  47
    4.3.2 基于FPGA原型验证的挑战  47-49
    4.3.3 基于FPGA原型验证流程  49-50
    4.3.4 基于FPGA原型验证环境  50-53
    4.3.5 原型验证实施过程  53-60
  4.4 本章总结  60-63
第五章基于ARM嵌入式操作系统的SoC协同验证  63-83
  5.1 基于ARM的实时操作系统协同验证  63-64
    5.1.1 实时操作系统介绍  63
    5.1.2 实时操作系统特点及优势  63-64
  5.2 基于μC/OS-Ⅱ的协同验证  64-71
    5.2.1 μC/OS-Ⅱ系统内核移植条件  64-65
    5.2.2 基于ARM处理器的μC/OS-Ⅱ内核移植  65-68
    5.2.3 基于μC/OS-Ⅱ内核验证应用程序设计  68-69
    5.2.4 基于μC/OS-Ⅱ内核验证结果  69-71
  5.3 基于μ CLinux的协同验证  71-80
    5.3.1 μCLinux系统特点  71
    5.3.2 基于μCLinux内核移植框架  71-72
    5.3.3 搭建μ CLinux开发环境  72
    5.3.4 基于μCLinux BootLoader程序开发  72-75
    5.3.5 基于μCLinux内核的编译及移植  75-77
    5.3.6 基于μCLinux的验证应用程序开发  77-80
  5.4 操作系统验证小结  80-83
结论  83-85
  一、研究工作总结  83-84
  二、问题分析及展望  84-85
参考文献  85-91
攻读硕士学位期间取得的科研成果  91-93
致谢  93

基于多操作系统的SoC软硬件协同设计验证

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