基于8051内核SoC的模拟验证与仿真

 

　　1 概 述

　　随着集成电路工艺技术的发展和EDA设计水平的迅速提高，基于知识产权IP(Intellectual Property)核进行系统芯片SOC(System on Chip)设计的能力和技术得到了大大提高。利用该技术，可以将整个系统包括微处理器、ASIC、内存和外设等集成到一个芯片中。在进行SoC 芯片设计过程中，由于8051系列单片机的广泛使用和成熟的技术，许多SoC芯片的设计者在选用8位处理器做内核时常采用8051。SoC芯片的设计是十分复杂的，不仅要考虑芯片IP核的系统构成、软硬件协同设计、不同工艺的综合等问题，还要考虑在设计过程中，如何实现对芯片的模拟验证以及设计成功后针对该芯片仿真装置的实现，从而促进所设计系统芯片的迅速推广。

　　2 SoC芯片的设计技术

　　2.1 软硬件协同设计流程

　　SoC芯片是一种以可重用IP核为基础，以软硬件协同设计为主要设计方法的芯片设计技术[1]。参考文献[2]提出的SoC设计流程如图1所示。

　　

 

　　系统芯片经软硬件划分后，设计基本分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。芯片硬件设计包括硬件描述、时序设计、验证等;软件协同设计要考虑指令集、指令编译系统、开发集成环境、模拟仿真设备等。为达到尽快上市的目的，要求这两方面并行展开，甚至要求在芯片上市之前，相应的开发装置和仿真环境就应该建立起来。对于需要进行程序掩模的芯片，这种要求就更加迫切。

　　2.2 应用于固网短消息电话的SoC设计

　　该芯片是根据中国电信对于固网短消息话机的要求而设计的系统芯片，可以广泛应用于来电显示电话(CID：Calling Identify Delivery)和固网短消息电话等。

　　该系统芯片将CPU和多个模拟功能模块(CID部分)集成到一个芯片内，采用8051为CPU核，指令集与标准8051完全兼容;CID部分由FSK调制解调器、DTMF(双音多频)拨号、CAS(CPE Alerting Signal)信号检测、振铃检测等IP核组成。这是一个数模混合并具备完整电话功能的系统芯片。系统结构如图2所示。

　　

 

　　设计中，8051核与各功能IP核通过寄存器和数据总线实现数据交换。

　　8051内部有256字节 RAM，其中后128字节为特殊功能寄存器。我们在该芯片设计中将CID部分电路所用寄存器(共12个)定义在该区间内。

　　该芯片工作流程如下：振铃检测模块在检测到振铃信号后，置位RING_F寄存器中相应位，产生中断或经CPU轮循检测;软件响应该信号后置位FSK_F中FSK使能寄存器，FSK解调器工作，FSK在接收到数据后，置位FSK_F中数据准备好寄存器，产生中断或CPU轮循检测，软件通过数据总线读出该数据;CAS模块根据CAS_F中CAS捕获时间寄存器检测，收到CAS信号后，置位CAS_F中相应寄存器，产生中断;DTMF信号产生模块根据DTMF_F寄存器内容发出DTMF信号。