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SOC的存储器IP嵌入技术研究

作　者: 杨秀栋
导　师: 刘布民
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 非易失性存储器 SOC IP ICSP IAP
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 158次
引　用: 2次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-17
  1.1 存储器的研究和应用现状  11-13
    1.1.1 存储器介绍  11
    1.1.2 非易失性存储器的研究和应用现状  11-13
  1.2 SOC中存储器的研究现状和发展  13-15
    1.2.1 SOC系统中非易失性存储器  13-14
    1.2.2 SOC系统中非易失性存储器的编程技术  14-15
  1.3 论文研究意义  15-16
    1.3.1 SOC系统中非易失性存储器的作用  15
    1.3.2 SOC系统中存储技术的研究意义  15
    1.3.3 本课题研究意义  15-16
  1.4 本论文的主要工作  16-17
第二章存储器的物理结构与工作机理  17-28
  2.1 存储器背景介绍  17-20
  2.2 非易失存储器编程机制  20-23
    2.2.1 FN隧道效应  20-22
    2.2.2 CHE沟道热电子注入  22-23
  2.3 非易失存储器擦除机制  23-25
    2.3.1 FN隧道效应  23-25
    2.3.2 紫外线照射  25
  2.4 EEPROM和Flash的结构和工作机理  25-28
    2.4.1 EEPROM的结构和工作机理  25-26
    2.4.2 Flash的结构和工作机理  26-28
第三章存储器IP嵌入的总体设计  28-35
  3.1 IP概述  28-29
  3.2 基于IP核复用技术的SOC设计  29-30
  3.3 SOC基本结构  30
  3.4 IP的选择  30-32
  3.5 SOC系统工作模式  32-33
    3.5.1 正常模式  32-33
    3.5.2 编程模式  33
  3.6 存储器IP在SOC系统中嵌入的总体架构  33-35
第四章存储器IP嵌入的ICSP电路设计  35-52
  4.1 ICSP电路的工作原理  35
  4.2 ICSP电路的组成  35-48
    4.2.1 命令字的设计和命令字译码电路  36-38
    4.2.2 命令字串行移位寄存器电路  38-39
    4.2.3 数据字串行移位寄存器电路  39-41
    4.2.4 线性反馈移位计数器电路  41-44
    4.2.5 编程地址计数器电路  44-45
    4.2.6 内部编程定时器电路  45-46
    4.2.7 代码保护电路  46-48
  4.3 ICSP电路的读出流程仿真  48-49
    4.3.1 读Identification存储区和Configuration存储区  48
    4.3.2 读Flash程序存储区  48-49
    4.3.3 读EEPROM用户数据存储区  49
  4.4 ICSP电路的编程流程仿真  49-52
    4.4.1 编程Identification存储区和Configuration存储区  49-50
    4.4.2 编程Flash程序存储区  50-51
    4.4.3 编程EEPROM用户数据存储区  51-52
第五章存储器IP嵌入的IAP电路设计  52-63
  5.1 IAP电路的工作原理  52
  5.2 IAP电路的组成和相关寄存器  52-54
  5.3 IAP电路的读出流程  54-55
  5.4 IAP电路的编程流程  55-56
  5.5 IAP电路的编程流程仿真  56-58
  5.6 IAP电路设计局限性  58-59
  5.7 FLASH程序存储区的IAP电路设计展望  59-63
    5.7.1 FLASH程序存储区的IAP电路设计难点何在  59-60
    5.7.2 FLASH程序存储区的IAP电路设计解决方案  60-63
第六章存储器IP在SOC中的嵌入设计实现  63-76
  6.1 存储器IP接口分析和时序分析  63-68
    6.1.1 存储器IP接口分析  63-64
    6.1.2 存储器IP时序分析  64-68
  6.2 存储器IP的行为级Model验证  68-70
  6.3 存储器IP嵌入设计实现  70-76
    6.3.1 存储器IP嵌入的主要任务  70-71
    6.3.2 存储器IP嵌入的基本思想  71-73
    6.3.3 存储器IP嵌入的具体过程  73-76
第七章数模混合全电路仿真及版图设计  76-85
  7.1 基于Spectre-Verilog的数模混合全电路仿真  76-79
    7.1.1 Spectre-Verilog数模混合仿真环境  76-78
    7.1.2 Spectre-Verilog数模混合仿真结果  78-79
  7.2 版图设计和验证  79-85
    7.2.1 版图设计  79-81
    7.2.2 物理验证  81-83
    7.2.3 已绘制部分模块版图  83-85
第八章结论  85-86
致谢  86-87
参考文献  87-89
附录存储器IP验证程序  89-96
攻读硕士期间取得的成果  96

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