5 芯片规划与设计(3学时)

1SoC芯片规划与设计2Review•时钟的非理想化–时钟偏差–时钟抖动•最常用的时钟分布技术–H树形时钟分布•同步电路和异步电路3累计流片20余次10多种SoC芯片65nm，千万门级设计经验几款SoC芯片的版图SEP071865nmTSMC4Samsung641045SamsungS5PV21056Telechips890067SEP0718DDR2NOR/SRAM/SDRAMNANDVICPMURTCTIMERDMACARM11GPULCDCI2SSPISDIOUARTI2CTOUCHPWMUSBOTGGPIOHDMICODEC系统与时钟控制多媒体系统外设与接口存储系统GPS系统MULTI-LAYERBUSVPU88SEP0718结构图DOWNSIZERLCDCVPUBUS1-AHB64DMAC1ARM11NOR/SRAMNANDDOWNSIZERBUS3-AHB32DMAC2SDIO(2)ESRAM(96kB)PWMRTCVICHDMIGPIOGPIO(AO)TOUCH/ADCTIMERBUS5-APB32UART(4)SPI(3)I2CI2SHDMILCDCI2SPHYGPSAUDIOCODECGPUSYSCTRLAUDIOCODECGPSCTRLBUS4-APB32BUS2-AHB32DDR23PHYUSBDMAUSBOTGPHYPMU9工作站×14瘦客户机×30SUN大型服务器HPserver×20矢量信号源可编程电源频谱分析仪网络分析仪逻辑分析系统6GHZ混合信号测试深亚微米EDA软件芯片设计环境10SoC芯片的组成•SoC芯片应包括哪些模块？系统总线嵌入式微处理器内核存储器/存储器控制器中断控制器DMA控制器锁相环电源管理模块定时器RTC通用GPIO通信控制…11芯片量产流程芯片需求分析芯片定义模块划分电路设计验证物理设计流片封装ATE测试板级模块测试系统级测试稳定性测试产品样机产品小批量芯片量产11市场调研产品定义方案设计芯片需求12视频数据采集SoC芯片的设计13功能需求•用摄像头（如手机用的针孔摄像头）拍摄视频，分辨率大约在320*240，•把视频数据流进行简单加密，然后把加密后的视频数据流存放入microSD卡中。•用专用的PC机软件把microSD卡中的文件进行解密解码后在PC机上播放出来。•要求可以配置每秒钟拍几帧图像，可配置为1、2或3秒拍一张，最多配置为每秒拍15张。14功能需求（续）•根据用户提出的要求，研发包含两部分内容，–一部分是芯片设计，–一部分是桌面视频播放软件设计。15功能需求（续）•芯片设计功能–可接驳标准的嵌入式CMOSSensor摄像头（标准手机内嵌的摄像头模块）；–最大播放帧数15帧/S，用户可以通过桌面软件配置播放帧数；–拍摄的视频图像以数据流形式直接存入SD卡–对视频数据流进行简单的加密–电池供电，片内集成1.8VLDO–低功耗，预计可支持不低于4个小时的视频采集和存储16功能需求（续）•PC端桌面软件功能–PC端桌面软件可以通过串口对芯片进行配置–桌面软件可以读取SD卡内的视频图像，并解密解压播放17需求分析（1）•用摄像头拍摄视频•Camera接口模块–把摄像头传送来数据转换成为可通过总线读取的信号18需求分析（2）•把拍摄的视频数据流进行简单加密•加密–可把每个byte的数据进行1、3、5、7位取反19需求分析（3）•把视频数据流存放入microSD卡中•SDIO控制器–负责控制SD卡的数据传送，把从总线上接收的视频数据流传送到SD卡中–先发出初始化SD卡的命令，收到SD卡回复信号后，开始按block往SD卡传送数据20需求分析（4）•用专用的PC机软件把microSD卡中的文件进行解密和编码后在PC机上播放出来。•PC端软件：–解密–编码成MPEG4并播放21需求分析（5）•要求可以配置每秒钟拍几帧图像，可配置为1、2或3秒拍一张，最多配置为每秒拍15张。•可通过串口配置•软件–PC端有一个串口配置程序–SoC上的嵌入式软件收到UART中断后在中断服务程序中可配置定时器。定时器中断发生后开始拍摄视频。•SoC–UART、Timer22需求分析（6）•尽量减少外接电路，上电后即从片上存储器读出程序并执行。•在视频芯片中设计一个ROM，程序固化在ROM中。23需求分析（7）•低速运行，时钟频率为20MHz•PLL或者RC振荡器2424产品定义•监控产品–摄像头拍摄视频，麦克风录制声音–把视频进行编码，把声音进行压缩，减少数据量–编码、压缩后的数据存放在SD卡中–通过PC可从SD卡读取音视频数据，并进行回放–220V有源供电•具体参数–摄像头像素，30万、1M、2M？接口？–视频分辨率，CIF、VGA、D1、720p、1080p？–视频帧率，15fps、30fps？–视频压缩，MPEG2、H.264、MPEG4？–音频采样率，8K、16K、44.1K、48K？–音频精度，8bit、10bit、16bit、24bit？–音频压缩，ADPCM、MP3？–SD存放数据时间长度，1小时、2小时、24小时？–尺寸大小要求、功耗要求、成本、使用环境25产品指标•摄像头：100万~300万像素，并行数据口•视频分辨率：D1~1080p•视频帧率：15fps•视频压缩格式：H.264•音频采样率：16KHz•音频精度：16位•音频压缩格式：8bitADPCM•SD卡存储数据长度：24小时2626方案设计•硬件方案–AC-DC–摄像头–麦克风–主芯片–其它配套硬件？–SD卡–PCB–外壳•软件方案–SD卡读写软件–音视频回放软件–SoC内部软件？27芯片需求和定义•功能分析–录音–录视频–SD卡存储•芯片定义–ADC–CAMERAI/F+ENCODER–SD控制器–ADPCM压缩Isthisenoughtostartthechipdesign?28芯片定义•系统总线–AMBAAHB/APB/AXI•内核–ARM7/9/11•功耗管理–PMU•中断控制器–INTC•存储器–FLASH/RAM•I2S/AC97+AUDIOADC•DC-DC/LDO?•问题–摄像头如果配置？–SD卡容量是否够大？如果不够怎么办？–是否需要远程控制？–功能模块如何互连？–音质要求如何？–芯片成本如何核算？–芯片功耗要求？–设计周期？–设计投入？29结构框图?30芯片设计框图GPIOINTCTIMER(4)PMCUART(2)SPIAHBESRAM64KBACOREROM32KBDMAAPB加密PLL(RC)CameraSDIO31工作路线•0.13umSMIC工艺•第一步，前仿真•第二步，FPGA功能验证•工作步骤–芯片定义和功耗评估、第三方IP评估，明确功能单元设计划分–芯片功能设计–桌面软件设计–FPGA验证和芯片功能设计改进–评估流片计划