使用基于业界标准、带有片上存储器和各种标准接口的ARMò处理器,再加上面向特定应用逻辑和非标接口的金属可编程模块 (MP模块),构成的可定制微控制器是切实可行的SoC开发方法,能够解决上述问题:
-采用经过验证的软/硬件模块、较短的金属布局布线的设计阶段,以及并行的软/硬件开发,再加上业界标准ARM架构所提供的广泛支持,可以缩短设计时间。
-采用预先已经准备好的基础晶圆,仅针对定制部分添加金属层,可以缩短器件生产制造的时间。
-最大限度地减少集成特定应用逻辑方面的设计耗费,并减少制备工艺中所需的光罩数,可以降低开发成本。
-仿真板包括了处理器、内存、外设和标准接口,并用FPGA来代替MP模块,实现了软/硬件全速并行测试,提高了器件生产制造和软件开发的首次成功率。
可定制微控制器架构
图1:基于ARM9的可定制微控制器架构
该架构具有齐备的标准外设和接口,能满足大多数应用对用户接口、联网/连接和存储的要求。此外,在MP模块中还可以实现各种外设实例或其它外设/接口。
该架构实现了复杂的系统控制器,集成了所有的系统和功率管理功能,可以控制系统的启动和关闭。该控制器具有多个时钟源和外设开关控制线,使每个功能构件都能以支持应用的最小时钟频率运行,也可在不需要时进入闲置模式。因此能最大限度地降低器件的功耗。
金属可编程模块
图2:金属可编程模块
可定制微控制器设计/制备流程
如图3所示,可定制微控制器设计流程的目标是要在最短时间内,以合理的成本和极高的首次硅和软件成功率,开发面向特定应用的系统级芯片 (SoC),并包含软件和硬件。
图3:可定制微控制器设计流程
快速将面向特定应用的硬件集成在微控制器平台上。面向特定应用的硬件以RTL语言设计;这些RTL模块可以集成到已经包含了AHB接口、DMA信道、I/O信道等单元的MP模块代码模板中。
面向特定应用的软件/操作系统与接口/外设驱动程序的快速集成。平台上所有接口/外设均有驱动程序。这些驱动程序也可作为MP模块中相同接口/外设的驱动程序模板。已经有很多业界领先的操作系统被移植到微控制器架构上。将这些软件模块与应用代码模块和用户接口集成起来的工作可与硬件开发一同进行。
在物理设计/掩模光刻之前进行软/硬件实时仿真。仿真板利用一个标准芯片实现了MCU平台,利用FPGA来模拟MP模块。这样就可以接近真实运行的速度仿真特定应用的硬件和底层软件,且无需任何成本就可修正错误。
快速完成布线布局,只需针对金属层。采用成熟的布局方案快速完成MP模块的金属层布线布局。
高效、低成本的掩模光刻。只需要对器件金属层进行掩模。
快速的生产制造过程,只需针对金属层。各特定应用器件的光刻制备以预制的微控制器平台为起点,只需添加金属层。
以FPGA为基础的仿真板
图4:可定制微控制器的仿真板架构
-器件固定功能部分用带外接FPGA接口的单芯片来实现。
-使用高密度的FPGA仿真MP模块,包括内嵌存储器和外部I/O。
-采用FPGA配置存储器为MP模块保存编译好的HDL代码。
-外部总线接口 (EBI) 和FPGA的外接I/O连接到扩展板上不同类型的内存,如SDRAM、移动DDRAM、猝发Cellular RAM、NOR闪存、NAND闪存等。这些存储器将加载应用软件和应用数据集。
-所有标准接口 (