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1、上海交通大学硕士学位论文实时时钟RTC的IP设计姓名：马玉韬申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：秦建业;付宇卓20050101上海交通大学工学硕士学位论文 实时时钟 RTC的 IP 设计 1实时时钟RTC的IP设计 摘 要 随着集成电路向着深亚微米的制造设计技术的发展集成电路已进入高速发展的SOC 时代芯片设计复杂度迅速增加熟练设计人员严重缺乏市场要求的设计周期越来越短IP 复用成为缩短设计周期的核心技术而国内 IP 的数量不足质量不高使得开发具有自主知识产权的 IP 成为当前集成电路行业的一个重要任务 本文的主要工作本文首先对当前 IC 设计行业中 IP 复用的状况做了介绍对实时时钟
2、 RTC 模块的分类功能和应用做了说明介绍了本论文设计研究工作的背景然后对 IP 的分类特点和设计开发流程及 IP 设计的关键技术做了归纳 对数字集成电路的设计基本规则做了总结接着对 RTC 模块设计中的关键技术方法即多时钟域设计和对异步信号的同步技术和方法做了较为深入的研究和探索对 CMOS 电路的功耗组成和 SOC 中的低功耗设计方法进行了较全面的概述 在利用SYNOPSYS 公司的综合工具Design Compiler对 RTC 模块 IP 的代码进行了综合并对可综合的 Verilog代码风格进行了研究总结后完成了 RTC 模块的软 IP 设计本文还研究了进一步增加 I2C 接口以提高
3、IP 的通用性的可能性 并给出了整体设计方案 上海交通大学工学硕士学位论文 实时时钟 RTC的 IP 设计 2本文的创新点是结合实时时钟 RTC 模块的 IP 设计深入地研究了多时钟系统的设计和对异步信号的同步化设计方法对不同时钟域信号的握手做了分类描述并比较了各自的特点 关键词I P设计多时钟系统低功耗综合代码风格 上海交通大学工学硕士学位论文 实时时钟 RTC的 IP 设计 1IP DESIGN OF REAL TIME CLOCK MODULE Abstract Accompany the design and manufacture technology of Integrated C
4、ircuits (IC) are developing towards the nano-meter field, IC has come into SOC (System On a Chip) era in which the techniques are developing with a high speed. Time to market becomes shorter and shorter because of the rapidly increment of complexity of a chip and extremely lack of skilled designers.
5、 Nowreuse of IP (Intellectual Property) becomes the nuclear technique to shorten the time to market. In China, exploiting reusable IPs is the most important tasks because of the terrifically lack of IPs. In this thesis I summarized some basic knowledge about designing a reusable soft IP. In the firs
6、t chapter the situations of RTC module, IC design and manufacture is introduced. In the second chapter, three different kinds of IP are introduced. Some rules of designing a reusable digital IC system are also included. In the third chapter the sketch map of RTC module, some techniques of designing
7、a system with multiple clock domains and synchronous and asynchronous signals are presented. In the fourth chapter, an I2C interface is supposed to be added to the RTC module to improve the IPs reusability. In the fifth chapter 上海交通大学工学硕士学位论文 实时时钟 RTC的 IP 设计 2low-power design techniques in SOC desig
8、n are generally described. In the sixth chapter, coding styles for RTL (Register Transfer Level) synthesis, the methods of design a test bench and some concepts of logic synthesis are summarized. Finally, by synthesizing the RTC IP DC (Design Compiler) I finish the work of designing a soft IP. The c
9、reative point of this thesis is that it provides a detailed describing of techniques of designing a system with multi-clock, and a detailed analysis in synchronous and asynchronous signals of the system. KEY WORDS: IP design, multiple clock system, low power, synthesis, coding style. 上海交通大学工学硕士学位论文
10、实时时钟 RTC的 IP 设计 1上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名马玉韬 日期 2005 年 1 月 10 日 上海交通大学工学硕士学位论文 实时时钟 RTC的 IP 设计 2上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和
11、电子版允许论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名马玉韬 指导教师签名秦建业 日期 2 0 0 5 年 1 月 1 0 日 日期 2 0 0 5 年 1 月 1 0 日 1第一章 引言 1 . 1 基于 I P复用的 S O C设计 作为在半导体行业内耳熟能详的 SOC System On a Chip 设计一直被戏称为“富人游戏”其原因在于几乎没有任何一家公司可以在高度复杂的领域中拥有全部的专利项目
12、向外购买专利策略性专利互换等所需要的花费动辄成百上千万元IP 的累积在进入大规模集成电路和超复杂的 SOC 设计时代后价值急速彰显出来而我国目前在这一方面的累积几乎可以说是白纸一张1 我国科研界在长期计划经济的模式下对专利方面的观念意识很薄弱没有对于自己产生的知识产权形成有效保护 从整个国家角度放眼 IT 产业 没有核心技术的结果就是如英特尔微软等国际大公司每一个产品的生产标号都可以通过特殊的方式查询到只要登陆互联网个人电脑将没有任何秘密可言这对整个国家安全方面而言无疑是致命伤而解决这一问题的方法在我国政府目前所采取的动作中可以明显看出一段时间内在一定范围内我国将实行闭锁的方式强制性地限制产品
13、使用等待产品和市场成熟后再参与国际竞争 对于我国半导体核心产业而言龙芯的标杆作用十分明显虽然方舟在产品推出以及市场化运作等方面远远快于龙芯的进程但在国家重视程度和影响力度上依然无法与龙芯相提并论 方舟科技的核心技术在 CPU 和 DSP 领域中而这两方面的强者是英特尔和德仪市场的直接冲突造成这样的局面如果方舟希望能够快速进入市场化运作并参与国际竞争在 IP 壁垒上无可回避地需要面对众多问题所以方舟采用的是 ARM 内核龙芯则标志着全部自主知识产权的产品但这样的产品就目前而言很难将其推广到世界市场中IP 是摆在面前的巨大门槛现在可以明显看到国际市场数十年发展所形成的 IP 壁垒并不是中国科学院独
14、立就能够完成挑战的 CPU通讯信息家电这三大领域是目前我国发展核心技术的关键所在这其中需要发展最多的除产品核心技术以外更加重要的是行业标准和行业规范等问题毕竟所掌握的核心技术是以点的方式存在而行业标准则是以面的形式划定区域如方舟联手 ARM 寻求最优体系架构大唐结合 LSI 研发高端基带芯片解决方案都是在某一领域内希望形成核心竞争力 我国从事 SoC 设计的 IC 设计公司目前而言还仅仅处于起步期对于高端核心技术的累积尚在雏形阶段神州龙芯方舟科技大唐电信海尔设计火马微电子等在 CPU通讯领域信息家电三大领域中形成服务器基带芯2片数字电视解码和 EVD 等核心技术但同样无可避免的是与国外公司进行
15、IP 授权协议这也正是所谓“SoC 是富人游戏”说法的由来进行高端大规模复杂设计将无可避免触及在该领域内的国外核心厂商尤其在行业标准等方面这些限制使我国 IC 设计公司几乎在国际市场裹足不前 踏出一步将意味着会出现诸多国际公司等待着的封杀机会 所以在起步阶段中我国高端累积相当困难 其实上从某种程度讲政策的导向力度是十分有效的武器在目前政府采购行为中金融证券教育等领域已经开始限制对国外产品的采购转向支持国内拥有自主知识产权的核心产品以产品作导向在实践中不断完善已经成为我国高端 IP 积累的第一步此时增加的并非我国核心产业的多少市场份额而是掌握在手中的筹码 目前我国已经成为半导体消费增长最为快速的国家形成巨大的需求市场排名仅仅落后于美国SoC 的整合并不限制在一时一地中国公司在整合SoC 平台上的优势就在于巨大的市场利用这一市场将形成国内行业标准核心技术合作筹码等具有连贯性的产品 1 . 2 R T C的设计应用现状 实时时钟 RTCREAL TIME CLOCK的应用十分广泛功能也在设计发展中成长强大在种类上也多种多样 实时时钟 RTC 的发展历史2早期 RTC 产品实质是一个带有计算机通讯口的分频器它通过对
