第一章
绪 论
系统芯片（SOC）是微电子技术发展
的必然
微电子技术的发展微电子技术的发展
1948 1961 1966 1971 1980 1990 1998 20001948 1961 1966 1971 1980 1990 1998 2000
SSISSI
10~10010~100
MSIMSI
100~1000100~1000
LSILSI
101033~10~1044
VLSIVLSI
101055~10~1066
ULSIULSI
101066~10~1099
GSIGSI
>10>1099
微电子技术的加工尺度
功能电路功能电路 系统集成系统集成
微米 亚微米 深微米 超深微米 纳米
3G 3T
SOC的定义
一般认为，如果一个集成电路芯片具有如下特征一般认为，如果一个集成电路芯片具有如下特征
的话，即可称其为的话，即可称其为SOCSOC，这些特征是：，这些特征是：
采用超深亚微米工艺技术实现复杂系统功能的采用超深亚微米工艺技术实现复杂系统功能的
VLSIVLSI；；
使用一个或多个嵌入式处理器或数字信号处理使用一个或多个嵌入式处理器或数字信号处理
器（器（DSPDSP）；）；
具备外部对芯片进行编程的功能；具备外部对芯片进行编程的功能；
主要采用第三方的主要采用第三方的IPIP（（Intellectual PropertyIntellectual Property）核）核
进行设计进行设计。。
SOC
专用集成电路ASIC
(Application Specific
Integrated Circuits)
可编程系统集成芯片SOPC
( System On a
Programmable
Chip)
SOC的设计概念
SOC SOC的设计理念与传统的设计理念与传统ICIC不同。不同。 SOC SOC把系统的处理机把系统的处理机
制、模型算法、芯片结构、各层次电路直到器件的设计紧制、模型算法、芯片结构、各层次电路直到器件的设计紧
密结合，在一个或若干个单片上完成整个系统的功能。与密结合，在一个或若干个单片上完成整个系统的功能。与
普通普通ICIC的设计不同，的设计不同，SOCSOC的设计以的设计以IPIP核为基础，以硬件核为基础，以硬件
描述语言为系统功能的主要描述手段，借助于以计算机为描述语言为系统功能的主要描述手段，借助于以计算机为
平台的平台的EDAEDA工具进行。工具进行。SOCSOC的出现是电子设计领域的一的出现是电子设计领域的一
场革命。如果说在上个世纪，电子系统的设计主要是在场革命。如果说在上个世纪，电子系统的设计主要是在
PCBPCB层次上将各种元器件合理连接，那么进入本世纪后，层次上将各种元器件合理连接，那么进入本世纪后，
电子系统的设计将主要是以电子系统的设计将主要是以HDPLDHDPLD或或ASICASIC为物理载体的为物理载体的
系统级芯片的设计，它对电子信息产业的影响将不亚于系统级芯片的设计，它对电子信息产业的影响将不亚于2020
世纪世纪6060年代集成电路的出现所产生的影响年代集成电路的出现所产生的影响。。
电子设计自动化技术和硬件描述语言
电子设计自动化（电子设计自动化（EDAEDA）技术发展概述）技术发展概述
行为级
系统级
RTL级
门级
电路级
版图级
系统指标
算法模型、数据流图
真值表、状态图
逻辑图、布尔方程
电路图和微分方程
器件的物理特性 PCB和版图设计
电路图输入和
仿真、逻辑模拟
硬件描述语言
仿真和逻辑综合
通用电路分析
行为级描述、
模拟和综合
Top-Down设计方法
自顶向下（自顶向下（Top-Down)Top-Down)设计方法和自底向上（设计方法和自底向上（Bottom-Bottom-
Up)Up)
设计方法设计方法
部件
单元电路
整机
Bottom-Up
Top-DownTop-Down
算法或模型的建立
行为级仿真
生成门级网表文件
RTL级描述
RTL级仿真
逻辑综合、优化
门级仿真、时序分析
行 为 描 述
系统功能描述
元器件
模型库
布 图 规 划
布 局 布 线
设计规则检查（DRC）
版图参数提取（LPE）
电学规则检查（ERC）
一致性检查（LVS）
后 仿 真
版图生成
PLD映射、布局布线
时 序 检 查
输出JEDEC文件
ASIC实现
PLD实现
硬件描述语言
硬件描述语言有多种，自二十世纪八十年代后期起，硬件描述语言有多种，自二十世纪八十年代后期起，
逐步开始推广使用。应用比较普遍的有美国国防部提出的逐步开始推广使用。应用比较普遍的有美国国防部提出的
VHDLVHDL，，CandenceCandence公司开发的公司开发的Verilog HDLVerilog HDL，，Menter Menter
GraphicsGraphics开发的开发的BLMBLM硬件描述语言，硬件描述语言，DATA I/ODATA I/O公司开发公司开发
的的ABELABEL硬件描述语言等。目前已成为国际标准的硬件描硬件描述语言等。目前已成为国际标准的硬件描
述语言只有两种，即述语言只有两种，即VHDLVHDL和和 Verilog HDLVerilog HDL。。
VHDLVHDL的英文全名是的英文全名是Very high speed integrated circuit Very high speed integrated circuit
Hardware Description LanguageHardware Description Language，即超高速集成电路硬件，即超高速集成电路硬件
描述语言，是美国国防部为支持超高速集成电路（描述语言，是美国国防部为支持超高速集成电路（Very Very
High Speed Integrated CircuitsHigh Speed Integrated Circuits，简记为，简记为VHSICVHSIC）项目的）项目的
研发于二十世纪八十年代初提出的，其目的是为了在各个研发于二十世纪八十年代初提出的，其目的是为了在各个
开发商之间统一设计标准，便于资源共享。开发商之间统一设计标准，便于资源共享。19861986年，年，
IEEEIEEE标准化组织开始审订标准化组织开始审订VHDLVHDL，并于，并于19871987年年1212月通过标月通过标
准审查，宣布实施，即准审查，宣布实施，即IEEE STD 1076-1987[LRM87]IEEE STD 1076-1987[LRM87]。。
19931993年年VHDLVHDL作了修订，形成了新的标准，即作了修订，形成了新的标准，即IEEE STD IEEE STD
1076-1993[LRM93]1076-1993[LRM93]，本书所采用的，本书所采用的VHDLVHDL语言即这个标准。语言即这个标准。
VerilogHDLVerilogHDL最最初初由由Gate Gate Way Way Design Design Automatic(GDA)Automatic(GDA)
公公司司的的 Phil Phil MoorbyMoorby首首创创，，19891989年年CandenceCandence公公司司收收购购了了
GDAGDA公公司司，，Verilog Verilog HDLHDL遂遂成成为为CandenceCandence公公司司EDAEDA工工具具中中
的的硬硬件件描描述述语语言言。。19951995年年，，Verilog Verilog HDLHDL成成为为IEEEIEEE的的标标准准，，
即即Verilog Verilog HDL HDL 1364-19951364-1995。。Verilog Verilog HDLHDL是是一一种种商商用用硬硬件件
描述语言。描述语言。
VHDL VHDL和和Verilog HDLVerilog HDL都支持从行为级到门级的系统描都支持从行为级到门级的系统描
述，适合于电子系统自顶向下的层次化设计。目前，硬件述，适合于电子系统自顶向下的层次化设计。目前，硬件
描述语言正在向模数混合电路设计和系统级描述的方向发描述语言正在向模数混合电路设计和系统级描述的方向发
展。展。
