基于51IP核SoC的设计与应用

论文摘要

改革开放以来,随着我国经济建设和交通运输事业的迅速发展,加油站遍布全国城乡,成品油销售量逐年增加。国内现有的税控加油机的计量微处理器大部分是由单片机构成,外加必要的分立元件。虽然税控加油机的研发走过了漫长的道路,但仍旧还有很多问题有待分析和解决。本项目设计实现的GVC（Gas-Volume-Controller）芯片是税控加油机丰板的核心SoC芯片。在完善税控加油机控制器功能的基础上,复用DW8051 IP核,片内集成了存储器与接口模块,不仅实现加油机相关的控制功能,而且提高了丰板芯片的集成度,简化了主板的设计,硬件简单,显著提高了可靠性和抗干扰能力,改善了系统的电磁兼容特性。本学位论文所作的研究工作主要是在对DW8051与税控加油机工作原理进行深入研究的基础上,根据税控加油机的特殊应用要求,论述了系统的设计、验证、综合、时序分析、等价性验证与可测性设计（DFT）等方面的内容。本文对GVC芯片进行了顶层功能和结构的定义与模块划分,给出了各个子模块及顶层模块的详细结构、具体设计及仿真结果,设计中考虑了功耗以及面积、速度等因素;在系统进行了集成以后,本文对顶层设计进行了综合与时序分析,并给出了相应的步骤与结果,所得的结果完全符合我们的要求;本文的另一项工作就是对设计进行了DFT的设计,插入了扫描链,覆盖率分析表明,DFT设计也完全达到了设计的要求,文中也同时给出了DFT设计的步骤以及生成测试图形的步骤;此外,本文给出了仿真验证平台与部分验证结果,并且对门级网表进行了必要的等价性验证,给出了相应的步骤与结果。验证的结果表明,GVC芯片的设计达到了本课题要求的目标,并且已经交付后端,由后端人员完成了布局布线与必要的验证。并且,最终实现了时序收敛,完成了整个芯片的设计验证工作,在更详尽的功能验证、FPGA验证、后仿真完成以后,即可交付Foundry厂进行流片。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 税控加油机的发展
• 1.2 片上系统的现状
• 1.3 SoC设计的典型流程
• 1.4 本文的主要工作以及章节安排
• 第二章 GVC芯片设计
• 2.1 芯片系统级设计
• 2.2 DW8051模块
• 2.3 存储器模块
• 2.4 SFR总线接口译码模块
• 2C接口模块'>2.5 I²C接口模块
• 2C协议描述'>2.5.1 I²C协议描述
• 2.5.2 寄存器描述
• 3.5.3 模块划分与功能描述
• 2.6 外设小系统模块
• 2.7 时钟复位模块
• 2.8 ISP模块
• 2.8.1 模块划分与功能描述
• 2.8.2 编程指令
• 2.8.3 状态寄存器
• 2.9 MBIST模块
• 2.9.1 模块的划分和功能描述
• 2.9.2 控制器状态机的实现
• 第三章 逻辑综合的策略与实现
• 3.1 逻辑综合
• 3.2 设计环境
• 3.3 设计约束
• 3.3.1 时序约束
• 3.3.2 设计环境约束
• 3.3.3 面积约束
• 3.4 设计划分与优化策略
• 3.4.1 可综合设计与模块划分
• 3.4.2 综合策略
• 3.4.3 电路优化
• 3.4.4 GVC芯片的综合策略选择与优化
• 3.5 逻辑综合结果分析
• 第四章 SoC系统的可测性设计
• 4.1 概述
• 4.2 故障模型
• 4.3 可测性结构设计
• 4.4 GVC芯片的测试策略
• 4.5 存储器内建自测试
• 4.5.1 RAM故障介绍
• 4.5.2 算法介绍与选择
• 4.6 扫描测试结构的实现
• 4.6.1 全扫描测试设计的流程
• 4.6.2 可测性设计规则
• 4.6.3 测试协议
• 4.6.4 扫描链的插入
• 4.6.5 测试图形的生成
• 第五章 芯片的验证方法与实现
• 5.1 概述
• 5.2 仿真验证平台的建立
• 5.2.1 验证方法学
• 5.2.2 GVC芯片子模块验证平台与分析
• 5.2.3 GVC芯片系统级验证平台与分析
• 5.3 静态时序分析
• 5.3.1 静态时序分析的重要性
• 5.3.2 静态时序分析的概念
• 5.3.3 静态时序分析的流程
• 5.3.4 GVC芯片的STA分析结果
• 5.4 等价性验证
• 5.4.1 等价性验证的概念
• 5.4.2 等价性验证特点
• 5.4.3 等价性验证的流程
• 5.4.4 GVC芯片的等价性验证结果
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表