论文摘要
随着超大规模集成电路工艺的发展,人类已经进入了超深亚微米时代。先进的工艺使得人们能够把包括处理器、存储器、模拟电路、接口逻辑甚至射频电路集成到一个大规模的芯片上,形成所谓的SOC(片上系统)。嵌入式非易失性存储器已成为当今许多SOC系统解决方案的一个重要组成部分。针对目前SOC系统的快速发展对存储器的嵌入应用需求现状,本文研究了非易失性存储器IP在SOC系统中的嵌入及编程。本文首先研究了非易失性存储器工作机制,在此基础上,完成了非易失性存储器IP在SOC系统中嵌入的总体架构设计,并研究设计了非易失性存储器IP嵌入的ICSP(在线串行编程)电路和非易失性存储器IP嵌入的IAP(在应用中编程)电路,实现了非易失性存储器IP在SOC系统中嵌入设计。从总体架构上,本文将非易失性存储器IP在SOC系统中的嵌入设计分为三个部分:1.非易失性存储器IP嵌入的ICSP电路设计:设计非易失性存储器ICSP电路。该电路具有对SOC系统中Configuration配置存储区、Identification用户信息存储区、Flash程序存储器以及EEPROM用户数据存储器分别进行擦除、编程和验证操作的功能。2.非易失性存储器IP嵌入的IAP电路设计:设计非易失性存储器IAP电路。该电路具有在SOC系统正常工作状态下,对EEPROM用户数据存储器进行擦除、编程和验证操作的功能。3.非易失性存储器IP在SOC系统的嵌入:设计SOC系统与非易失性存储器IP的接口。保障正常工作状态下,SOC系统可以从非易失性存储器读出存放在其中的数据;保障编程工作模式下,所设计的ICSP电路和IAP电路可以完成对非易失性存储器的擦除、编程和验证操作。在本课题的设计过程中,对所设计ICSP和IAP电路的各个模块进行仿真验证,在存储器IP在SOC系统嵌入之后,进行了SOC系统全电路的联合仿真验证,最后,将基于SMIC 0.35um 2P3M CMOS工艺完成电路版图设计和验证以及后仿真后流片。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 存储器的研究和应用现状1.1.1 存储器介绍1.1.2 非易失性存储器的研究和应用现状1.2 SOC中存储器的研究现状和发展1.2.1 SOC系统中非易失性存储器1.2.2 SOC系统中非易失性存储器的编程技术1.3 论文研究意义1.3.1 SOC系统中非易失性存储器的作用1.3.2 SOC系统中存储技术的研究意义1.3.3 本课题研究意义1.4 本论文的主要工作第二章 存储器的物理结构与工作机理2.1 存储器背景介绍2.2 非易失存储器编程机制2.2.1 FN隧道效应2.2.2 CHE沟道热电子注入2.3 非易失存储器擦除机制2.3.1 FN隧道效应2.3.2 紫外线照射2.4 EEPROM和Flash的结构和工作机理2.4.1 EEPROM的结构和工作机理2.4.2 Flash的结构和工作机理第三章 存储器IP嵌入的总体设计3.1 IP概述3.2 基于IP核复用技术的SOC设计3.3 SOC基本结构3.4 IP的选择3.5 SOC系统工作模式3.5.1 正常模式3.5.2 编程模式3.6 存储器IP在SOC系统中嵌入的总体架构第四章 存储器IP嵌入的ICSP电路设计4.1 ICSP电路的工作原理4.2 ICSP电路的组成4.2.1 命令字的设计和命令字译码电路4.2.2 命令字串行移位寄存器电路4.2.3 数据字串行移位寄存器电路4.2.4 线性反馈移位计数器电路4.2.5 编程地址计数器电路4.2.6 内部编程定时器电路4.2.7 代码保护电路4.3 ICSP电路的读出流程仿真4.3.1 读Identification存储区和Configuration存储区4.3.2 读Flash程序存储区4.3.3 读EEPROM用户数据存储区4.4 ICSP电路的编程流程仿真4.4.1 编程Identification存储区和Configuration存储区4.4.2 编程Flash程序存储区4.4.3 编程EEPROM用户数据存储区第五章 存储器IP嵌入的IAP电路设计5.1 IAP电路的工作原理5.2 IAP电路的组成和相关寄存器5.3 IAP电路的读出流程5.4 IAP电路的编程流程5.5 IAP电路的编程流程仿真5.6 IAP电路设计局限性5.7 FLASH程序存储区的IAP电路设计展望5.7.1 FLASH程序存储区的IAP电路设计难点何在5.7.2 FLASH程序存储区的IAP电路设计解决方案第六章 存储器IP在SOC中的嵌入设计实现6.1 存储器IP接口分析和时序分析6.1.1 存储器IP接口分析6.1.2 存储器IP时序分析6.2 存储器IP的行为级Model验证6.3 存储器IP嵌入设计实现6.3.1 存储器IP嵌入的主要任务6.3.2 存储器IP嵌入的基本思想6.3.3 存储器IP嵌入的具体过程第七章 数模混合全电路仿真及版图设计7.1 基于Spectre-Verilog的数模混合全电路仿真7.1.1 Spectre-Verilog数模混合仿真环境7.1.2 Spectre-Verilog数模混合仿真结果7.2 版图设计和验证7.2.1 版图设计7.2.2 物理验证7.2.3 已绘制部分模块版图第八章 结论致谢参考文献附录 存储器IP验证程序攻读硕士期间取得的成果
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