基于渐进式的多阶段SoC开发方法和应用

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1、基于渐进式的多阶段SoC开发方法和应用 摘要：VLSI技术的发展使得SoC的开发变得越来越复杂和困难，本文关键介绍了一个基于多阶段的SoC开发过程，论述了每阶段SoC的关键任务和目标，介绍了SoC和IP的开发步骤，经实践检验，该方法能够很好的适合用于复杂SoC芯片的设计和开发。关键词：SoC设计；ARM；低功耗；IP集成1、序言SoC技术是目前大规模集成电路的发展趋势，因为其集成度高，功耗低，占用系统面积小等优势使其在工业界尤其是移动设备中得到越来越广泛的应用。伴随SoC集成度的提升，SoC芯片的架构和开发过程也变得异常复杂。以我们开发的一颗手机SoC芯片为例，图1为其基础结构图，该芯片集成了

2、手机中常见的连接器件，如蓝牙，GPS，FM等模块。系统一共包含两个ARM子系统，一个DSP系统，4个RF系统，和对应的基带处理器和链路处理器。ARM采取CortexM3软核，经过AHB Matrix存取对应的应用模块，同时还配置了AHB2APB桥，用于扩展AHB端口和连接部分慢速的IP。两个ARM系统采取类似的结构，经过UART进行通信。采取该芯片的手机方案能够快速地集成，有效的降低PCB的面积，而且采取较低成本的制造。图1所表示，该芯片的集成包括到很多的模块，包含数字的，模拟的，射频的等等。在实际的开发中，一共有12个Team共同参加，这包含1个SoCTeam，4个RF Team，4个Dig

3、ital IP开发Team，2个ARM子系统开发Team，1个Analog Team。每个IP的成熟度不尽相同，有已经比较成熟的IP，也有正在开发的IP，同时因为国际化的合作，这12 Team又分布在不一样的地域，所以怎样有效地进行SoC的集成是一个值得研究的问题。2、渐进式的开发方法论SoC芯片的开发，很大程度上依靠于各个IP的成熟度，理想的情况是全部的IP全部已经足够成熟，最好是Silicon Proven的设计，这么的话，SoC的设计就会有一个较高的起点。同时也能够从IP Team得到较完整的数据和足够的支持。不过要等到全部的IP全部基础成熟再进行SoC的集成，这在本质上是一个串行的开发

4、方法，这在当今高复杂度集成和短的上市时间的要求下几乎是不可能的。所以IP的开发和SoC的集成需要同时进行，这将会在很大程度上缩短SoC芯片的开发时间，不过芯片的开发变得愈加有难度。SoC和IP的并行开发意味着SoC的集成工作需要在IP还未成熟的阶段即开始，这里有很多不确定性，如接口，时钟和Power的定义，Scan Chain的结构等。SoC必需定义和协调IP的开发工作，而且充足利用IP的阶段性数据进行SoC集成和信息反馈。在此，我们介绍一个渐进式的SoC开发方法，该方法能够适合用于较复杂SoC芯片的开发。图2所表示，整个的SoC开发是基于并行开发的模式。我们将SoC的开发分为多个阶段，每个阶

5、段的开发有着不一样的侧关键。因为SoC的高复杂性，使得SoC的开发一定会包括到多个IP的集成和和多个子开发团体的合作。而每个IP很大程度上全部有不一样的成熟度和提供方法。SoC Team必需有效地和各子开发团体进行数据交换和进度协调。本文关键讨论四阶段的SoC/IP集成模式。总的来说，IP的开发应该领先于SoC的集成最少一个周期，图2中所表示的B Team的进度，在SoC需要开始Phase_n的时候，IPTeam应该提前完成Phase_n的开发，而且在SoC指定的时间提供对应的数据。而实际上，因为IP的成熟度不一样，所以可能会出现有些IP已经比较成熟，图2中的A Team，在SoC开始Phas

6、el的时候，A team已经能够提供比较完善的数据。当然也有的IP进度落后于SoC的要求，这需要SoCTeam充足评定项目标风险，依据IP的主要性，推后集成进度或考虑采取Hard-Macro的方法。采取Hard-Macro的方法能够让SoC Team在项目标前期阶段只重视接口，在项目最终阶段合并Layout即可，不过也失去了全局优化的优势。一旦SoC集成开始，IP Team的开发进度必需纳入SoC的开发轨道，需要根据SoC的要求在每个SoC集成阶段的开始点提供IP的数据。值得注意的是数字开发团体有4次集成要求，在SoC开始phase4的时候，全部的数字开发团体全部需要结束开发任务，提供V4版本

7、的最终数据。而模拟开发团体或Hard macro开发团体能够在SoC阶段四的中间再提供最终的layout数据V5，这么能够给AnalogTeam更多的时间而不影响SoC的进度，整个Chip的开发是在SoC Team的总体协调下循序渐进展开的。SoC在每一集成阶段开始时，全部有严格的Checklist去检验IP的质量，包含文档，数据，运行的logfile等，而且依据检验的结果反馈给IPTeam，假如不是严重的问题，能够让IP Team在下一阶段集成的时候进行更改。同时SoC在自己每一阶段结束时，也有严格的检验要求，而且有一定的量化指标，依据Review的结果来决定是否进入下一阶段或延长本阶段。从

8、开发的角度，SoC的每个集成阶段有着不一样的侧关键，以4阶段集成为例，分别命名为：概念阶段、确定阶段、实现阶段和Tape-out阶段；概念阶段：其关键是和IPTeam进行协调，包含数据库，工具的定义等，在此阶段SoC Team必需要提供SoC集成文档，在此文档中SoC Team定义了分阶段对IPTeam的多种技术要求，如目录结构，命名要求，Coverage要求，DFT要求等，同时也会提供部分脚本模板等供IP使用。同时需要依据各个IP的成熟度确定该IP的开发方法。SoC Team需要选定Library和定义PVT Comer。此阶段SoC Team应该能够计算出大约的芯片面积和初步的功耗值。确定

9、阶段：该阶段的关键是集成，SoC Team需要完成全部IP的接口信号的互连，验证Team能够进行IP的互连测试，确定数据通路的通畅。同时SoC的时钟和Reset结构必需在该阶段确定，后端人员能够开始ClockTree的定义和设计。关键的PowerDomain的定义也必需在该阶段完成，全部主要的Power相关控制信号必需确定。后端人员应基础完成Floorplan，而且充足考虑高速信号的位置，PAD位置的合理性和Cohabitation要求。SoC应该能够提供DEF给对应的IP Team做为下阶段物理综合的输入。实现阶段：该阶段的关键是完整地遍历SoC的全部步骤，完成全部的脚本设计和SoC层次的R

10、TL开发。这个阶段也是SoC Team需要最多人员的时候，即使有些数据并不是最终版本，不过从步骤的角度，SoCTeam必需做到能够控制。退出该阶段时，FloorPlan必需Freeze，Verification应该有较高的覆盖率。同时能够开始作门级的仿真。功耗分析能够在Post Layout Neflist上采取有Vector的计算。Tape-out阶段：该阶段是在全部IP数据全部齐备的基础上，做最终一次的集成，此时因为有上阶段的基础，所以整个SoC实现过程不应有太多意外，该阶段的关键是完成Timing closure，提升DFT的覆盖率，完成全部的验证和后端Layout和Redhawk分析。

11、表1列出了每个阶段的关键任务及目标。3、SoC/IP开发步骤在该项目中，我们关键采取基于IP Netlist的集成方法，总体步骤能够简化图3所表示。在整个SoC实现中，关键采取CPF进行low power相关行为的描述，同时在综合和DFT时，因为采取了Synopsys的工具，所以也引入了很基础的UPF，关键定义基础的Power Domain信息，关键目标是为了让DC和DFTC有PowerDomain的信息，尤其是在Scan Chain插入的时候，不会频繁地跨越多个Power Domain。在Scan Chain插入完后，采取Cadence的RC利用CPF进行Isolation Cell的插入，

12、然后会有一系列对应的LEC checkCLP Check和spyglass check等步骤。当全部的ComplianceCheck全部经过后，步骤进入到后端步骤。后端关键采取Socencoutner，因为有众多的IP进行集成，在后端的实现上我们采取Hierarchy的方法，在Floorplan后依据IP和Power Domain的结构将整个Chip划分为多个模块分别进行P&R，关键目标是为了降低各个模块之间的相互影响，不会因为某个模块的重新Layout而造成全部模块全部重新来过。同时基于模块的划分SoC能够向IP提供对应的物理信息，IP能够用于下阶段的物理综合和接口的约束，这么使得最终的Ch

13、ip Assembly时会愈加顺利。SoC对于IP的开发和输出有严格的定义，该步骤需要在SoC的阶段一就确定。以数字IPTeam为例，我们定义了以下的IP步骤，每个IP Team需要提供完整的RTL，Netlist，Constraint，验证VIP，UPF/CPF，Clock信息，DFTcoverage信息和全部的运行logfile用于SoC的检测。值得注意的是，IP最终只提供综合后的Scan-Ready Netlist，全部的scan chain和IsolationCell的插入，和ATPG Pattern的产生均在SoC阶段完成，不过IP需要在IP Level也Trial Run这些步骤，以确保其Netlist的质量。4、总结本文的描述关键以四阶段SoC集成为例，实际的SoC项目中并不需要严格遵照四阶段模型，其关键判定依据是SaC架构的复杂性、IP和采取工艺的成熟度等。该体系本身是可裁剪，可扩展的，依项目标实际情况而定。采取上述的方法，我们有效地规范了SoC/IP的开发和集成步骤，顺利地完成了图1所表示的SoC的开发，而且马上流片。相关信息如表2所列。本文所述的方法能够很好地应用于复杂SoC的开发过程中，现在我们已将该方法应用到另一更为复杂的SoC项目中，相信也能够取得很好的效果。