专利名称：一种8-bit单CPU的SoC多功能评估系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种评估系统及方法，特别是关于一种在芯片制造之前对SoC进 行评估的8-bit单CPU的SoC多功能评估系统及方法。
背景技术：
在单CPU (Central Processing Unit ，中央处理器)的SoC (System on a Chip, 片上系统)设计中， 一个重要任务就是对所设计的系统进行评估，如果能够在芯 片制造之前对SoC进行硬件评估(硬件模拟)，可以极大的提高芯片制造的成功率。 8-bit单片机是目前最常用的基本电子器件。8-bit单片机的特点是具有8-bitCPU 和相应的用户专用外围电路，从而形成一个独立的数字系统。对于8-bit单CPU 的SoC器件来说，利用8-bit单片机构成与所设计的8-bit单CPU的SoC具有相 同结构的硬件系统，具有针对性的硬件系统，实现SoC芯片制造前的系统级和电 路级模拟，从而对所设计的8-bit单CPU的SoC进行软件与硬件的整体评估。如 果使用专门的硬件系统进行评估，由于SoC的结构与应用目的有关，所使用的IP 核(Intellectual Pr叩erty核，知识产权核)也不尽相同，则系统势必比较复杂， 同时，也会产生干扰，影响评估结果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是在SoC芯片制造前，提供一种基于模块与总 线结构的8-bit单CPU的SoC多功能评估系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种8-bit单CPU的SoC多功 能评估系统，其特征在于它包括FPGA系统板和供电电源模块，所述FPGA系统 板上预置有插设FPGA的插座和若干功能模块的接口 ；所述FPGA插座插接有FPGA 芯片，所述接口对应插接有显示模块、键盘模块、存储器模块、通信接口模块、 网络接口模块、通用接口模块和应用系统总线模块中的一块或一块以上，所述供 电电源模块分别连接FPGA系统板和所述功能模块。
所述FPGA系统板上预置有A/D转换模块的接口 ，所述接口上插接有A/D转换 模块，所述A/D转换模块连接所述电源模块。
所述FPGA系统板上预置有D/A转换模块的接口 ，所述接口上插接有D/A转换 模块，所述D/A转换模块连接所述电源模块。
所述FPGA系统板上同时预置有A/D转换模块的接口和D/A转换模块的接口 ， 所述接口上插接有A/D转换模块和D/A转换模块，所述A/D转换模块和D/A转换
模块连接所述电源模块。
一种8-bit单CPU的SoC多功能评估方法，它包括以下操作步骤
(1) 把用户设计的8-bit单CPU的SoC所需要CPU写入FPGA;
(2) 把所述FPGA插入FPGA系统板上的FPGA插座；
(3) 根据用户设计的SoC的要求，通过接插线把相应的模块连接到FPGA系 统板上相应的模块接口，组成与用户设计的SoC相同的硬件电路；
(4) 运行用户设计的SoC系统；
(5) 根据运行结果得出评估结论，如果用户设计的SoC运行正常，工作指标 达到预计的要求，表明所述用户设计的SoC可以进行芯片制造，实现一个8-bit 单CPU的SoC;如果用户设计的SoC运行指标未达到原设计的要求，则要求用户重 新设计该SoC，并重新评估。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本发明提供了具有
针对性的硬件系统，对所设计的8-bit单CPU的SoC进行系统级和电路级模拟， 在SoC芯片制造前，实现软件与硬件的整体评估，因此，可以极大的提高系统设 计和芯片制造的成功率，同时，还可以极大的縮短应用系统的设计周期，降低系 统成本。2、由于SoC的结构与应用目的有关，所使用的IP核也不尽相同，因此， 如果使用专门的硬件系统进行评估，系统不但比较复杂，而且也会产生干扰，影 响评估结果；本发明则可避免这些问题，同时通过模块的拆分和组合实现评估功 能的多样化。3、由于本发明中FPGA系统板上预置有FPGA插座和各功能模块的接 口 ，所以FPGA芯片、A/D转换(Analog/Digital转换，模拟/数字转换)模块和D/A 转换(Digital /Analog转换，数字/模拟转换)模块组合系统单独或与其它功能模 块共同构成完整的评估系统。
图l是本发明总体结构图
图2是实施例1结构图
图3是实施例2结构图
图4是实施例3结构图
图5是实施例4结构图
图6是实施例5结构图
图7是实施例6结构图
图8是实施例7结构图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
本发明总体构成包括FPGA系统板、电源模块、显示模块、键盘模块、A/D
转换模块、D/A转换模块、存储器模块、通信接口模块、网络接口模块、通用接口 模块和应用系统总线模块，在FPGA系统板上预置有FPGA插座和各功能模块的接 口，其它功能模块上都预置有电源接口。
实施例1:
如图2所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块和显示模块。
FPGA系统板的FPGA插座上插入用户选定的FPGA，如Altera CycloneII系列 的EP2C35;通过对FPGA的写入，实现用户所需要的8-bit CPU，如MCS51系列单 片机AT89S52。 FPGA系统板上的FPGA插座与各个功能模块的接口相连，连线包 括各个功能模块所需要的数据线、控制线；各个功能模块的接口通过接插线可连 接到用户设计的8-bit单CPU的SoC硬件和软件应用系统的各个功能模块。
电源模块用于提供FPGA和各个功能模块所需要的电源；各个功能模块所需要 的电源由电源模块连接到FPGA系统板上各个功能模块的相应接口 。电源模块可以 是由220v交流电源经变换得到各个功能模块所需要的电源，也可以是各种直流电 源经变换得到各个功能模块所需要的电源，或者由220v交流电源经变换与各种直 流电源经变换的组合得到各个功能模块所需要的电源。
显示模块用于显示文字或图形，可以包括LED发光二极管指示电路、LED数 码管指示电路、液晶显示器电路之一或其组合电路构成的显示模块；显示模块通 过FPGA系统板上的显示接口连接到FPGA插座。FPGA插座与显示模块接口的连线 包括显示模块所需要的数据线、地址线和控制线。
实施例2:
如图3所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块、显示模块和键盘模块。 本实施例与实施例1相同的是FPGA系统板、电源模块和显示模块；不同的是增加
了一块键盘模块。
键盘模块用于输入命令或参数，至少包括接触式按键、电容式按键、PS2接口 键盘之一或其组合电路构成的键盘模块；键盘模块通过FPGA系统板上的键盘模块 接口连接到FPGA插座。FPGA插座与键盘模块接口连线包括键盘模块所需要的数据 线、控制线。
实施例3:
如图4所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块、显示模块、键盘模块、 存储器模块和A/D转换模块。本实施例与实施例2相同的是FPGA系统板、电源模 块、显示模块和键盘模块；不同的是增加了存储器模块和A/D转换模块。
存储器模块是扩展的程序和数据存储器模块，用于存储程序或数据；可以包 括易失性存储器如6264，非易失性存储器如2764、 EEPROM如2864、 FFRAM(铁
电存储器)FM24C04 、 Flash存储器如8kB可字节擦除的P89LPC9408FBD之一或 其组合构成的存储器模块；存储器模块通过FPGA系统板上的存储器模块接口连接 到FPGA插座。FPGA插座与存储器模块接口连线可以包括存储器模块所需要的数据 线如8-bit、地址线如16-bit、读存储器模块控制线、写存储器模块控制线和存 储器选通控制线。
A/D转换模块用于信号的模拟/数字转换，可以包括串行接口A/D转换电路 如AD50或并行接口 A/D转换电路如AD574构成的A/D转换模块；A/D转换模块通 过A/D转换模块接口连接到FPGA系统板上的FPGA插座。A/D转换模块接口与FPGA 插座连线包括A/D转换模块所需要的数据线、地址线和A/D转换启动控制线、A/D 转换结束控制线、A/D转换模块选通控制线、A/D转换时钟线。
实施例4:
如图5所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块、显示模块、键盘模块、 存储器模块、A/D转换模块和D/A转换模块。除D/A转换模块外，本实施例中的其 它功能模块与实施例3中相应的功能模块完全相同。
D/A转换模块用于数据的数字/模拟转换，可以包括串行接口D/A转换电路 如AD50或并行接口 D /A电路如AD7520构成的D /A接口模块；D /A转换模块通 过D /A转换模块接口连接到FPGA系统板上的FPGA插座。FPGA插座与D /A转换 模块接口连线包括D /A转换模块所需要的数据线、地址线和D/A转换模块选通控 制线。
实施例5:
如图6所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块、显示模块、键盘模块、 存储器模块、A/D转换模块、D/A转换模块和通信接口模块。除通信接口模块外， 本实施例中的其它功能模块与实施例4中相应功能模块完全相同。
通信接口模块用于与其它系统之间的数据传输，可以包括串行通信接口电 路如RS-232、红外传输通信接口电路、蓝牙传输通信接口或无线传输通信接口电 路之一或其组合电路构成的通信接口模块；通信接口模块通过通信接口模块接口 连接到FPGA系统板上的FPGA插座。FPGA插座与通信接口模块接口连线包括通信 接口模块所需要的数据线、地址线和控制线。
实施例6:
如图7所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块、显示模块、键盘模块、 存储器模块、A/D转换模块、D/A转换模块、通信接口模块和网络接口模块。除网 络接口模块外，本实施例中的其它功能模块与实施例5中相应的功能模块完全相同。
网络接口模块用于与INTENET或局域网建立连接，可以包括TCP/IP网络协议 的10M/100M以太网接口、光纤链接接口 、无线网络接口之一或其组合电路构成
的网络接口模块；网络接口模块通过网络接口模块接口连接到FPGA系统板上的 FPGA插座。FPGA插座与网络接口模块接口连线包括网络接口模块所需要的数据线、 地址线和控制线。
实施例7:
如图8所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块、显示模块、键盘模块、 A/D转换模块、D/A转换模块、存储器模块、通信接口模块、网络接口模块和通用 接口模块。除通用接口模块外，本实施例中的其它功能模块与实施例6中相应的 功能模块完全相同。
通用接口模块用于与通用应用电路的连接；通用接口模块通过通用接口模块 接口连接到FPGA系统板上的FPGA插座。FPGA插座与通用接口模块接口连线可以 包括通用接口模块所需要的双向数据线如8位、双向地址线如16位、读通用接口 模块控制线、写通用接口模块控制线、通用接口模块状态就绪和通用接口模块复 位控制线。
实施例8:
如图1所示，本实施例包括FPGA系统板、电源模块、显示模块、键盘模块、 存储器模块、A/D转换模块、D/A转换模块、通信接口模块、网络接口模块、通用 接口模块和应用系统总线模块。除应用系统总线模块外，本实施例中的其它功能 模块与实施例7中相应的功能模块完全相同。
应用系统总线模块用于与其它系统建立通信或控制的连接，可以包括CAN 等总线的总线模块；应用系统总线模块通过应用系统总线模块接口连接到FPGA系 统板上的FPGA插座。FPGA插座与应用系统总线模块接口连线可以包括应用系统总 线模块所需要的双向数据线如8位、双向地址线如16位、读应用系统总线模块控 制线、写应用系统总线模块控制线、应用系统总线模块状态就绪和通用接口模块 复位控制线。
本发明FPGA系统板、电源模块可以与其它功能模块中的任意一块或一块以上 进行组合，构成不同功能的评估系统。比如，实施例1是由FPGA系统板、电源模 块和显示模块构成的评估系统，实施例5是由FPGA系统板、电源模块、显示模块、 键盘模块、存储器模块、A/D转换模块、D/A转换模块和通信接口模块组成的评估 系统，而实施例8包括了本发明所有模块。
本发明提供一种8-bit单CPU的SoC系统的评估方法，其操作过程如下
1、 把用户设计的8-bit单CPU的SoC系统所需要的8-bit CPU写入FPGA。
2、 把写好的FPGA插入FPGA系统板上的FPGA插座。
3、 根据用户设计的SoC系统的要求，通过接插线把相应的模块连接到FPGA 系统板上相应的模块接口，组成与用户所设计的SoC系统相同的硬件电路。
4、 运行用户设计的SoC系统。5、根据用户设计的SoC系统运行的结果得出评估结论如果用户设计的SoC 系统运行正常，工作指标达到预计的要求，表明用户设计的SoC系统可以进行芯 片制造，实现一个8-bit单CPU的SoC;如果用户设计的SoC系统运行指标未达到 原设计的要求，则要用户重新设计该SoC系统，并重新进行评估。
权利要求
1、一种8-bit单CPU的SoC多功能评估系统，其特征在于它包括FPGA系统板和供电电源模块，所述FPGA系统板上预置有插设FPGA的插座和若干功能模块的接口；所述FPGA插座插接有FPGA芯片，所述接口对应插接有显示模块、键盘模块、存储器模块、通信接口模块、网络接口模块、通用接口模块和应用系统总线模块中的一块或一块以上，所述供电电源模块分别连接FPGA系统板和所述功能模块。
2、 如权利要求1所述一种8-bit单CPU的SoC多功能评估系统，其特征在于 所述FPGA系统板上预置有A/D转换模块的接口 ，所述接口上插接有A/D转换模块， 所述A/D转换模块连接所述电源模块。
3、 如权利要求1所述一种8-bit单CPU的SoC多功能评估系统，其特征在于 所述FPGA系统板上预置有D/A转换模块的接口 ，所述接口上插接有D/A转换模块， 所述D/A转换模块连接所述电源模块。
4、 如权利要求2所述一种8-bit单CPU的SoC多功能评估系统，其特征在于 所述FPGA系统板上预置有D/A转换模块的接口 ，所述接口上插接有D/A转换模块， 所述D/A转换模块连接所述电源模块。
5、 一种8-bit单CPU的SoC多功能评估方法，它包括以下操作步骤(1) 把用户设计的8-bit单CPU的SoC所需要CPU写入FPGA;(2) 把所述FPGA插入FPGA系统板上的FPGA插座；(3) 根据用户设计的SoC的要求，通过接插线把相应的模块连接到FPGA系 统板上相应的模块接口，组成与用户设计的SoC相同的硬件电路；(4) 运行用户设计的SoC系统；(5) 根据运行结果得出评估结论，如果用户设计的SoC运行正常，工作指标 达到预计的要求，表明所述用户设计的SoC可以进行芯片制造，实现一个8-bit 单CPU的SoC;如果用户设计的SoC运行指标未达到原设计的要求，则要求用户重 新设计该SoC，并重新评估。
全文摘要
本发明涉及一种8-bit单CPU的SoC多功能评估系统，其特征在于它包括FPGA系统板和供电电源模块，所述FPGA系统板上预置有插设FPGA的插座和若干功能模块的接口；所述FPGA插座插接有FPGA芯片，所述接口对应插接有显示模块、键盘模块、存储器模块、通信接口模块、网络接口模块、通用接口模块和应用系统总线模块中的一块或一块以上，所述供电电源模块分别连接FPGA系统板和所述功能模块。本发明能在SoC芯片制造前实现软件与硬件的整体评估，因此，可以极大的提高系统设计和芯片制造的成功率，同时，还可以极大的缩短应用系统的设计周期，降低系统成本。本发明可以广泛用于8-bit单CPU的SoC评估中。
文档编号G06F17/50GK101101611SQ200710099329
公开日2008年1月9日 申请日期2007年5月16日 优先权日2007年5月16日
发明者佳 刘, 翔 刘, 周小龙, 姜余祥, 旭 孙, 李哲英, 王健健, 王淑英, 申功迈, 许立群, 赵俊良, 钮文良, 陈婷婷, 玺 韩, 韩大盺 申请人:北京联合大学