专利名称：一种基于现场可编程逻辑的可配置片上系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种片上系统，特别是一种可编程逻辑的片上系统。 技术背景SoC芯片系统往往忽视存储器向新工艺节点的扩展能力。如果能够将芯片升级到 更先进的制造工艺节点，就能降低成本(芯片将变得更小)，或者可以以相同成本在现有设 计上添加进更多功能。而基于浮动门技术的闪存存储器由于需要额外的掩膜和工艺步骤， 往往落后最新工艺2代左右。不利于产品向最新的工艺迁移。传统的离散器件系统连接设计里，基于离散器件系统设计的系统板，各个器件之 间的连接都是固定不可变的。如图1所示，传统的离散器件系统设计里，Flash和FPGA之 间，MCU和FPGA之间双向采用固定连接双向连接在一起。他们之间的链接关系一旦应用变 化，就需要重新规划各个器件之间的连接，进而使得系统板需要重新设计制版。传统的FPGA普遍采用SRAM，而采用基于SRAM的FPGA需要外接额外非易失性配置 存储器而造成成本高、安全性差。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种新型的架构，使得FPGA不再受制于闪 存技术的限制，可以向更高工艺水平迁移产品，同时将器件紧密结合。为了达到上述目的，本实用新型提供一种基于现场可编程逻辑的可配置片上系 统。该系统包括现场可编程逻辑，用于实现用户可定义的逻辑；微控制器，用于控制一次 性可编辑存储器；一次性可编程存储器，用于存储所述用户可定义的逻辑信息；所述现场 可编程逻辑、微控制器和一次性可编程存储器两两之间双向连接形成数据通路，用于传输 数据，所述每一路数据通路均可控制联通或者断开。进一步地，在所述每一个数据通路上加入多路选择器，所述多路选择器的一个输 入端和输出端分别连接所述数据通路上，多路选择器输入端到输出端的方向与所述数据通 路的方向一致。进一步地，所述多路选择器的另一输入端设为默认值，所述多路选择器还包括一 控制端，用于控制数据通路联通或输出所述默认值。进一步地，所述多路选择器采用“众”形的交叉连接(cross-link)紧密结合在一 起。进一步地，所述当所述微控制器和一次性可编程存储器工作时，所述现场可编程 逻辑不工作。进一步地，所述一次行可编程存储器和现场可编程逻辑工作时，所述微控制器不工作。进一步地，所述微控制器、一次性可编程存储器和现场可编程逻辑工作，所述系统工作。[0013]本实用新型采用一次性可编辑存储器，其集成在芯片里可以降低芯片本身成本； 同时一次性可编辑存储器在反克隆上有天然的优势，在一定的反克隆机制下，即便客户的 竞争对手打开芯片本身，也不容易从一次性可编辑存储器上获取客户的关键数据。由于一 次性可编辑存储器是基于标准CMOS工艺，这样使得整个CSoC都是基于标准的CMOS工艺制 造，避免了因为特殊制造工艺而难于向最新工艺移植的困难。
下面将参 照附图对本发明的具体实施例进行更详细的说明，附图中图1是传统基于离散器件系统设计的系统器件间连接的系统框图；图2是本实用新型一种具体实施例中的系统框图；及图3是本实用新型一种基于现场可编程逻辑的可配置片上系统一个具体的实施 例中的器件间连接的系统框图。
具体实施方式
请参看图2所示，本实用新型提供了一种基于现场可编程逻辑的可配置片上系统 CSoC (Configurable System-On-Chip),其包括现场可编程逻辑FPGA (Field Programmable Gate Array)，用于实现用户可定义 的逻辑。所述用户可定义的逻辑可随需求变化，灵活地更新设计，而不需要更新硬件系统。微控制器MCU (Micro Control Unit)用于控制现场可编程逻辑和一次性可编辑存 储器。一次性可编程存储器OTP (One Time Programming)用于存储所述微控制器代码和 FPGA需要实现的用户可定义的逻辑信息。在一个例子中，OTP存储微控制器执行用的代码 和/或现场可编程逻辑所需的系统配置信息。所述配置信息例如包括可配置的连接信息。所述FPGA本身只有实现逻辑的功能，断电后本身并不具备存储实现的逻辑的功 能，需要其他的存储介质存储其实现的逻辑。但是目前常用的基于浮动门技术的闪存存储 器由于需要额外的掩膜和工艺步骤，往往落后最新工艺2代左右，不利于产品向最新的工 艺迁移。而本实用新型应用的OTP采用标准CMOS工艺，这样使得整个CSoC都是基于标准的 CMOS工艺制造，避免了因为特殊制造工艺而难于向最新工艺之的困难，这样可使得该CSoC 无障碍地向更先进的90nm，65nm工艺，甚至45nm工艺移植。同时，所述OTP是一种非易失性存储器，集成在芯片里可以降低芯片本身成本；同 时OTP在反克隆上有天然的优势，在一定的反克隆机制下，即便打开芯片本身，也不容易从 OTP上获取客户的关键数据。在前述例子中，微控制器用于控制现场可编程逻辑，可编程逻辑可以扩展微控制 器的功能。在又一个例子中，现场可编程逻辑控制微控制器。在再一个例子中，微控制器和 现场可编程逻辑交互操作。图3是本实用新型一种基于现场可编程逻辑的可配置片上系统一个具体的实施 例中的器件间连接的系统框图。如图3所示，所述现场可编程逻辑、微控制器和一次性可编 程存储器两两之间双向连接形成数据通路，用于传输数据。在所述每一个数据通路上加入 二选一多路器，所述二选一多路器的一个输入端和输出端分别连接所述数据通路上，二选一多路器输入端到输出端的方向与所述数据通路的方向一致。所述二选一多路器的另一输入端设为默认值，所述二选一多路器还包括一控制端，用于控制数据通路联通或输出所述 默认值。需要说明，所述二选一多路器也可以是其它形式的多路选择器。在一个例子中，所 述多路选择器也可以由传输门替代。在一个具体的实施例中，多路选择器采用“众”形的交叉连接(cross-link)紧密 结合在一起。2008年5月13日提交的名称为“一种具有交叉链接的可编程互连网络的集成 电路”的中国专利申请200810112415. 2披露了“众”形多路选择器，这里引用其全文作为参 考。这种交叉连接架构适合于FPGA与外部设备的扩展，并且他们之间的连接是可配置的。 只有当设计中用到时，才会通过配置建立起真正的连接通路。否则，相关的连接资源可以释 放出来用作它用。通过在数据通路上增加二选一多路器可以很好地控制数据通路的联通与否。OTP、 MCU和FPGA通过灵活的可配置连接，可以完成不同的组合，适应不同的产品应用。在一个具 体的实施例中，当MCU和OTP工作时，FPGA不工作；当OTP和FPGA工作时，MCU不工作；当 MCU、OTP和FPGA均工作时所述系统才工作。通过加入二选一多路器控制数据通路的联通 或者闭合，可以使用户无需改变系统板的设计，就可以开发不用的应用产品。应用市场上，该产品将广泛用于医疗电子、工业控制、计算机及外设、以及部分移 动终端和消费类电子。该产品的高集成度和安全性，可以提高整个系统的性能和运行速度， 降低开发成本。可以在单芯片范围内兼顾系统控制和灵活定制扩展，应用即便发生了新的 变化，也不需要重新设计整个产品。这一特点大幅度降低的重新设计的风险，加快了客户产 品市场化的时间，实现新功能零成本。总的来说使得客户在无风险，零成本的情况下，灵活 设计，以应对市场新需求，帮助企业顺利设计出自己的产品，快速走向市场，以最低的市场 设计风险参与竞争。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护 范围之内。
权利要求一种基于现场可编程逻辑的可配置片上系统，其包括现场可编程逻辑，微控制器和一次性可编程存储器，其中现场可编程逻辑用于实现用户可定义的逻辑，微控制器用于控制一次性可编程存储器，一次性可编程存储器用于存储所述用户可定义的逻辑信息；所述现场可编程逻辑、微控制器和一次性可编程存储器两两之间双向连接形成数据通路，用于传输数据，所述每一路数据通路均可控制联通或者断开。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述每一个数据通路上加入多路选择 器，所述多路选择器的一个输入端和输出端分别连接所述数据通路上，多路选择器输入端 到输出端的方向与所述数据通路的方向一致。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多路选择器的另一输入端设为默认 值，所述多路选择器还包括一控制端，用于控制数据通路联通或输出所述默认值。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述多路选择器采用“众”形的交叉连接紧 密结合在一起。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述微控制器和一次性可编程存储器 工作时，所述现场可编程逻辑不工作。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一次行可编程存储器和现场可编程 逻辑工作时，所述微控制器不工作。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器、一次性可编程存储器和现 场可编程逻辑工作，所述系统工作。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，微控制器用于控制现场可编程逻辑，或者 现场可编程逻辑控制微控制器。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于微控制器和现场可编程逻辑交互操作。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于可编程存储器存储微控制器执行用的代 码和/或现场可编程逻辑所需的系统配置信息。
专利摘要本实用新型披露一种基于现场可编程逻辑的可配置片上系统，其包括现场可编程逻辑，微控制器和一次性可编程存储器，其中现场可编程逻辑用于实现用户可定义的逻辑，微控制器用于控制一次性可编程存储器，一次性可编程存储器用于存储所述用户可定义的逻辑；所述现场可编程逻辑、微控制器和一次性可编程存储器两两之间双向连接形成数据通路，用于传输数据，所述每一路数据通路均可控制联通或者断开。本实用新型使得FPGA不再受制于闪存技术的限制，可以向更高工艺水平迁移产品，同时将器件紧密结合。
文档编号G11C16/02GK201570024SQ20092022271
公开日2010年9月1日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者刘成利, 朱建彰, 李长青, 王强, 王海力, 薛庆华 申请人:雅格罗技(北京)科技有限公司