SOC片上系统、MEMS微机电系统和Smart Dust智能微尘

SOC片上系统在国民经济与社会生活中,许多行业生产了所需求的产品。MEMS微机电系统和Smart Dust智能微尘的出现,不但使生产、生活产生了变化,同时会使人类哲学思想发展,产生与时俱进的变化。

基于SoC的非对称数字系统算法设计与实现

文章提出一种在片上系统(System on Chip,SoC)实现高吞吐率的有限状态熵编码(finite state entropy,FSE)算法。通过压缩率、速度、资源消耗、功耗4个方面对所提出的编码器和解码器与典型的硬件哈夫曼编码(Huffman coding,HC)进行性能比较,结果表明,所提出的硬件FSE编码器和解码器具有显著优势。硬件FSE(hFSE)架构实现在SoC的处理系统和可编程逻辑块(programmable logic,PL)上,通过高级可扩展接口(Advanced eXtensible Interface 4,AXI4)总线连接SoC的处理系统和可编程逻辑块。算法测试显示,FSE算法在非均匀数据分布和大数据量情况下,具有更好的压缩率。该文设计的编码器和解码器已在可编程逻辑块上实现,其中包括1个可配置的缓冲模块,将比特流作为单字节或双字节配置输出到8 bit位宽4096深度或16 bit位宽2048深度的块随机访问存储器(block random access memory,BRAM)中。所提出的FSE硬件架构为实时压缩应用提供了高吞吐率、低功耗和低资源消耗的硬件实现。

基于C8051 F020 SOC芯片的系统温度测控的实现

基于C8051F020数模混合SOC芯片的固有硬件特点,提出了一种新的系统温度测控软硬件实现方法。经过适当的数字信号处理和数值转换,能够达到较满意的系统温度测控目的。在功能实现中,采用了基于硬件的ADC可编程窗口检测器进行过限值报警,提高系统的实时性。同时,提供了多种冷却风扇的控制方式,进一步提升了芯片温度测控功能的应用价值。

一种多媒体系统芯片M-SoC的总线调度策略

多媒体系统芯片(M-SoC)是一种典型的多任务系统芯片。芯片内部众多的数据请求源都要通过总线访问单一的片外存储器,合理调度这些总线请求成为系统设计的关键。本文通过详细分析总线上片内外数据通道的特点和数据流量,给出了一种基于多通道DMA的总线调度策略,并将该策略成功运用于单芯片音视频解码系统芯片的总线设计中。该策略有效地融合了DMA请求和总线总裁问题,普遍适用于片级总线多请求的多媒体系统芯片。

基于可配置处理器的SoC系统级设计方法

论文对一种经过改进的SoC系统级快速设计方法进行了介绍和研究。该设计基于可配置处理器核,在设计早期阶段对SoC系统快速建模,以获得针对具体应用算法的最优性能。同时,利用软硬件协同设计方法,得到硬件结构模型和软件开发平台。实验结果表明,该方法不仅灵活,而且设计周期短,减少了设计工作量。

基于IP模块的片上系统设计

传统IC设计方法关注的是如何创建一个全新的设计并进行有效的验证。复杂的IP模块、嵌入式软件、不断增长的晶体管数量 ,这些都变成了传统方法日益沉重的负担。在片上系统SOC(system on chip)设计中 ,基于IP模块的功能组装正在逐渐代替传统的功能设计而成为主流的设计方法。

高精度高灵敏人机交互手势控制算法与SOC芯片

阐述了一种应用于人机交互领域的手势控制算法和片上系统（SOC）芯片设计。手势控制系统基于单摄像头与主动式红外补光方法,通过目标区域提取和特定姿势识别等核心算法,实现了对各类人机交互手势的高效识别。采用目标区域提取算法与主动式红外投影,通过伽马变换、干扰去除等操作实现输入图像的预处理,从而确定手掌所在位置。为了高效判别手势,该手势识别算法采用自适应的采样线方案,根据手掌与传感器之间的距离,自动确定采样线的位置、距离、数目等信息。该SOC芯片全集成所有功能模块,通过55 nm低功率（LP）工艺流片,芯片面积为4 148μm×5148μm,总体功耗88 mW,可以实现视场范围大于600 mm×600 mm×600 mm、判别精度不大于1 mm、分辨率不大于1 mm/像素,适用于人机交互手势控制应用。

SoC安全芯片物理级攻击方法及安全防护探析

安全芯片使得信息安全性大为增强,其应用正日益广泛地融入到国家安全和百姓生活中。但与此同时针对安全进行的攻击也层出不穷,这使得研究安全芯片的安全防护成为迫切需要。如今专门针对芯片的攻击技术已经不仅仅是解剖与反向提取,已发展到深层次的简单功耗分析SPA、差分功耗分析DPA、故障分析攻击等,其攻击手段还在继续进步。探析了这几种攻击方法的原理,并针对相应的攻击探讨一些可行的防护措施。

蓝牙链路管理的系统级SOC设计方法

提出了事务级面向对象的设计流程TLOOF(Transaction Level Object Oriented Framework),强调高层次的设计和验证,并使用面向对象的Petri网和实时UML相结合的方法,用SystemC对系统的行为建模.将TLOOF应用于蓝牙芯片的设计中,蓝牙行为模型由链路管理器和链路控制组成,映射为CPU、内存、片上总线、链路控制等体系结构模块.建立了蓝牙链路连接的OOPN模型并描述了事务级模型的类图,完成了系统的仿真.仿真结果表明,该片上系统(SOC)设计方法可以很好地对蓝牙系统建模.

一种基于SOC的风挡雨刷控制系统设计

为了实现航空风挡雨刷系统的精准定位控制,同时具备小型化和高可靠的特点,设计了一种基于SOC(System on Chip)片上系统的风挡雨刷控制系统。该风挡雨刷控制系统采用嵌入ARM处理器内核的SOC芯片作为主控制单元,通过PWM(Pulse width modulation)脉宽调制控制雨刷电机的高、低速调节控制,同时通过对冲洗泵的工作状态进行控制,实现风挡玻璃的冲洗功能。该风挡雨刷控制系统性能稳定、控制效果良好,达到了预期的系统控制要求。

应用直接编程接口技术提高片上系统的UVM验证重用性

提出一种提高片上系统的UVM验证重用性方案,应用直接编程接口技术,实现通用验证方法学和C语言程序的交互通信.该方法不仅降低了通用验证方法学使用的复杂度,而且使得C语言测试用例可以在不同的测试层次中移植重用,例如C测试代码可以从模块级到片上系统级的重用.以SPI控制器验证本方案,搭建其UVM验证平台,编写大量的UVM和C测试用例,使其功能覆盖率达到100%,并通过虚拟处理器方案保证C测试用例从模块级复用到系统级的可行性.实验过程中激励开发简单且调试方便,可以实现UVM环境和测试用例的重用,从而提高片上系统的UVM验证重用性,达到缩短芯片开发时间的目的.

UML到Verilog同态映射在SOC系统级建模上的应用

SOC设计变得日益复杂要求我们在更高层次抽象上分析和验证系统行为。更精细的系统级建模方法变得日趋重要。文章主要目标是阐述怎样使用统一建模语言UML来构建一个复杂SOC设计框架及抽象其各个模块间行为的交互,建立了一个UML到Verilog的同态映射,提出了一个基于同态映射的从UML模型子集自动导出相应可综合Verilog描述的算法,为UML模型对于建模硬件系统提供了形式化的语义,从而能够验证并综合UML模型,加快了SOC设计流程。

基于SoC芯片的嵌入式医学检测设备平台设计

本文将嵌入式系统应用于医学检测设备的开发中,设计了以SoC芯片为核心的嵌入式医学检测设备平台,介绍并探讨了其软硬件系统的基本原理、设计思想、实现方法,并在最后介绍了一个实用的例子。通过医学检测设备软硬件平台,可有效避免设备开发时的重复工作,减少系统的研发时间和成本,缩短推出新产品的时间。

基于独占式访存调度的片上系统电源门控方法

为减少片上系统(SoC)中访存模块的漏电功耗,在分析访存行为的基础上,提出了一种基于独占式访存调度的电源门控方法。该方法根据访存模块对延迟容忍度较高和功耗优化空间很大的特点,利用访存调度器将访存模块的请求集中于窗口中,并在窗口关闭时对访存模块及其访存通路使用电源门控。相对于已有方法,该方法不但增加了电源门控的可用范围,同时可更多地降低漏电功耗。实验结果表明,该方法可以在不影响访存性能的情况下减少访存模块约70%的漏电功耗。

基于布线轨道的SoC芯片供电带设计优化

针对传统用Synopsys公司IC Compiler工具自动生成供电带的设计方法会对布线资源产生一定程度的浪费,而影响物理设计布线质量的情况,提出了一种基于布线轨道的供电带设计优化方法。该方法在保证电压降的基础上,充分利用布线轨道,将供电带设计简化为两个参数的选取,同时推导出这两个参数与供电带占用布线轨道比例的关系公式,为后续设计流程留出足够的布线资源,提高芯片整体布线质量。将该方法用在一款采用TSMC 0.152μm Logic 1P5M CMOS工艺的电力载波通信芯片物理设计中,芯片数字规模约80万门。结果表明,在电压降保持稳定的情况下,释放了总共约300条布线轨道,为成功完成物理设计奠定了基础。

基于SoC系统的模块化多电平换流器全电磁暂态实时仿真

随着基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流工程技术广泛使用,相应的电磁暂态(EMT)实时仿真技术变得尤为关键。为了实现基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真,提出一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate arrays,FPGA)的MMC实时片上系统(SoC)仿真模型及其计算方法。在此实时仿真模型的基础上,将MMC桥臂等效为一个戴维南电路,当MMC电平数变化时,仿真节点数不变,极大加快仿真过程。该方法不仅可以抑制故障下的数值振荡问题,而且可以实现多个子模块串联下的实时仿真。与PSCAD仿真结果的对比验证表明,所提实时仿真模型及计算方法能准确、高效地刻画子模块级和系统级的动态特性。

电力无线传感片上系统的核心模拟前端电路设计

对用于电力传感片上系统(SOC)的关键模拟IP进行了结构设计和电路实现。关键模拟IP主要包括低噪声放大器、带隙基准源、电源管理模块、功率放大器和带通滤波器等,其中低噪声放大器采用斩波技术将信噪比提高至20 dB以上。带隙基准源具有低温漂、高电源抑制比(中低频电源抑制比为-100 dB)的特性。电源管理模块将输入电压稳定到数字电路和模拟电路所需要的电平值,同时检测电源电压,在电压降低到一定阈值后输出欠压信号。所设计的电力无线传感电路具有高精度、低功耗和高可靠性的信号处理能力,适用于工况较为复杂的电网作业环境,工作温度为-40~85℃。

应用于MEMS陀螺仪的SoC设计

为了解决微电子机械系统(MEMS)陀螺仪体积较大、冗余的计算资源浪费等问题,对Cortex-M3内核的数据处理能力及总线架构进行了研究,设计了一款应用于MEMS陀螺仪的智能化、小型化、低功耗的片上系统(SoC);通过分析温度对陀螺输出信号的影响,对MEMS陀螺温度误差的智能化补偿方式进行了研究,采用以Cortex-M3为核心与电容/电压转换电路、模数转换器(ADC)等模块进行集成化设计的方法,在实现同样功能的情况下减小了陀螺体积;结合MEMS陀螺仪对信号处理资源的要求对存储空间及通信接口进行配置,采用0.18μm BCD加工工艺对SoC进行设计制作;测试结果表明,针对MEMS陀螺仪进行匹配设计的SoC对陀螺输出信号进行温度补偿处理后,全温度区间(-40~85℃)零偏变化量由3.147°/s降低到0.035°/s,显著提升了MEMS陀螺仪的全温测量精度。

嵌入式数控系统的体系结构与系统设计

将嵌入式技术与数控系统相结合,研究嵌入式数控系统的体系结构,提出了嵌入式数控系统的六大基本硬件结构模块,和分层次结构的软件体系,具有软硬件可裁剪、结构精简优化、插补控制实时性强、工作可靠的系统。基于CAN现场总线结构,对ARM10嵌入式微控制器芯片进行接口扩展,设计出上下位机多微处理器结构的嵌入式数控系统,适合于控制交流伺服电动机实现多轴联动,用于加工复杂型面。采用FPGA硬件插补技术,设计源码开放的伺服控制软件,实现2ms级的实时信号响应控制,形成开放性的具有自主知识产权的基于ARM微控制器和CAN现场总线结构的多轴联动嵌入式数控系统。

基于ARM的无线SoC设计

无线片上系统(System on Chip,SoC)已成为物联网产业发展的基础,在现代信息社会中占有越来越重要的地位。但由于通信算法的复杂化、通信协议的多样化,对无线通信设备的要求也在提高。针对此问题,使用Arm®Cortex™-M0处理器设计无线SoC,使用先进高性能总线(Advanced High-performance Bus,AHB)与先进外围总线(Advanced Peripheral Bus,APB)连接外设,Msi001芯片采集FM信号后通过解调算法得出解调信号,利用接收信号的强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)模块实现FM电台收发和自动搜台,结合液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)屏、矩阵键盘、数码管等模块实现人机交互,相比传统无线通信设备有更好的音质和更快的响应速度。