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单晶片无线多媒体资讯家电之设计与制作(III)

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单晶片无线多媒体资讯家电之设计与制作(III) -总计画A Design and Implementation ofaSoC for Wireless Multimedia Information Appliance (III)
计画编号:NSC
执行期限:91年8月1日至92年7月31日
计画主持人:张瑞川国立交通大学资讯科学学系
共同主持人:李镇宜,温-坏岸、蒋迪豪国立交通大学电子工程学系陈伯宁国立交通大学电信工程学系
计画参与人员:杨晏升计画专任助理张大纬计画博士后研究员
一、中文摘要随著后PC时代的来临,3C的整合是未来发展的潮流.在本整合计画中、我们将发展具备高速无线通讯存取能力的多媒体系统单晶片.首先,为了支援无所不在的资讯存取,我们将无线网路整合於系统晶片上,并将传输速度由目前的2Mbps提升到11Mbps以因应使用者对频宽的需求.同时,在不久的将来,我们可以预见无线网路的承载内容将不只是语音资料而已,它也将包含多媒体资讯.因此,我们也将发展具容错能力的MPEG-4视讯编解码系统.最后,我们研究及实作以快闪记忆体为基础的Linux核心、并将重组Linux成为模组化以适应不同系统单晶片之系统需求.
总计划负责进行软硬体共同设计 Co-Design) ,建立SoC设计,验证及测试流程,并负责整合各子计划研发之IP以及系统整合.在计画执行的三年中、我们已经建立了SoC整体设计与验证流程与工具.同时,我们也利用各子计划所发展出的成果IP在SOC雏形平台上进行的整合与测试.测试结果证实,我们的所有IP可以整合在同一SOC雏形平台上,并有可接受的效能.
关键词:Systems on Chip,嵌入式系统,MPEG-4,无线网路AbstractWith the coming of post-PC age, the integration of 3C (Computer, Communication, and Consumer Electronics) is the trend of future. The goal of this integrated project is to SoC with high-speed wireless communication access ability. At first, in order to support ubiquitous information access, wireless access ability is integrated into the SoC and the communication speed is upgraded from 2Mbps to 11Mbps to accommodate the urgent demand on bandwidth. Besides, the content of wireless network will be not only voice data, but also digital multimedia in the near future. Therefore, we MPEG-4 encoderdecoder system. Finally, we research and Linux kernel and modulize it to fit into various requirements of different SoCs.
The goal of the project is to perform Co-Design, construct the flow of SoC design, verification, and testing. In addition, we are responsible for integrating the IP developed by the sub-projects, and performing system integration.
During the period of the project, we have an integrated SoC design and verification flow. In addition, we also integrate the IP developed by the sub-projects and perform testing. According to the test results, all of the IPs can be integrated intoaprototype SOC platform with correct functionality and acceptable performance.
Keywords: Systems on Chip, embedded system, MPEG-4, wireless
二、计画缘由与目的3C整合是未来发展的趋势,其相关研究及产业发展有别於半导体及资讯产业两者、对於跨研究领域系统整合有高度的要求.有鉴於此,本研究群拟定此计画,利用交通大学具备之电子,电信与资讯等领域的研究基础、期能从事3C整合技术之研究.
本研究计划之目标在於研究与设计具无线接取(Wireless Access)能力的单晶片多媒体资讯家电.目前国内产业界设计资讯家电,其主要的考量仍是以PC架构为主.我们认为未来资讯家电的发展将会结合本研究群长期从事之无线网路关键模组技术及配合国内业界已有之CPU及其周边之IP,应可在三年内以国内foundry之制程完成Wireless Multimedia Information Appliance相关技术研发及雏形系统.预计完成之SoC如图一所示、将包括11MHz Wireless LAN所有IP,以Linux为基础的Embedded作业系统,MPEG-4多媒体系统,以及整合IP公司所提供之CPU, Embedded DRAM以及周边设备之IP而成的系统晶片.
图一单晶片Wireless Multimedia Information Appliance 系统架构
本计划包含下列各计划:
(1) 总计划负责整合各子计划研发之IP,系统测试与软体硬体共同设计,程式实作与系统整合.
(2) 子计划一: Embedded Linux for SoC之实作此计画的目标为将目前日渐受到重视的Linux作业系统重新模组化,以利SoC环境下使用.此外也将加强嵌入式系统软体与晶片设计共同发展(co-design)和测试除错功能,以适应SoC发展所需.
(3) 子计画二:高速无线数据存取控制与基频收发积体电路模组整合设计此子计画的目标,主要是探讨高速无线网路的存取控制与基频收发电路模组设计和制作,进而结合其他子计画的研究成果,探讨单晶片实现的可行性和整合的相关研究议题.
(4) 子计画三:高速无线系统架构及射频前级设计及实作本子计划目标包括(一)高速无线网路(High-speed WLAN)电路整合模拟技术开发及系统架构设计(二) 射频前级(RF front end)电路模组设计.整合模拟技术开发部分包括系统链结分析,射频基频整合设计及软硬体整合模拟;系统架构设计部分则藉由整合模拟订定系统架构,如调变方式,模组划分及介面规格订定;射频前级电路设计包括架构设计及模组设计.
(5)子计画四:MPEG-4在无线通讯下抗错视讯编解码系统之设计与制作此计画的主要目标为设计一个强韧而抗错的MPEG-4视讯编码系统.MPEG-4视讯编解码系统将建立於Linux作业平台以及SoC环境上.
三、计画成果在计画第一年中、在硬体设备方面,我们配合交通大学已有之无线通讯实验室,积体电路设计实验室之现有设备,建立及整合SoC测试实验设备.
在设计流程方面,我们建立了 Co-Design及的环境.在Co-Design方面,我们使用Cadence公司的Virtual Components Codesign (VCC)作为system level的设计工具.我们用SDL 来描述block的behavior,且用VCC进行behavior level及performance level的模拟.在方面,我们用Mentor Graphics 公司的Seamless Environment (Seamless CVE) 来做 Co-Simulation.如此一来我们可以在hardware prototype 出来之前就先验证software 与hardware 整合后的系统之正确性.综合来说,我们已经建立了各子计划所需之设计与验证工作流程.
在计画第二年度,我们致力於建立SoC整体设计与验证流程与工具.我们以Behavior level的CPU Instruction Set Simulator配合RTL level的Simulation Tools共同进行软硬体系统验证.除此之外,我们也利用各子计划在第一年发展出的成果进行board-level的整合与测试.整合测试最重要的一项工作就是元件间的沟通.由於子计画二所发展出来的无线数据存取控制与基频收发积体电路模组是属於软硬体共同设计.其中软体是以Embedded LinuxARM (子计画一)为基础的程式,所以其发展出来的硬体必须能够以ARM的汇流排协定与处理器沟通,这样才能达到软硬体间互相沟通的目的.所以我们测试及调整软硬体间的介面,直到能完全符合ARM的汇流排协定为止.在计画第二年度结束前、无线数据存取控制模组的软硬体部分已经经过整合及测试,证明可以正确无误的收送资料.
在计画的第三年度,我们著重於各子计画SOC雏形平台的整合.我们将基频收发积体电路模组与无线数据存取控制模组和软体一起做整合测试.接著,我们也整合各子计划的IP与系统软体(Embedded Linux MPEG4 来进行整体的SoC设计流程.我们利用ARM Integrator平台做为我们的SOC雏形平台,在此平台上整合Embedded Linux, MPEG-4 IP, WLAN MACBaseband等IP,并实际透过point-to-point 的对接测试.经过验证、我们的所有IP可以整合在同一SOC雏形平台上,并有可以接受的效能.
四、结论本计划的目标在於无线资讯家电的系统单晶片雏形的建立.其中包含四个子计画:应用於系统单晶片嵌入式Linux作业系统之实作,高速无线数据存取控制与基频收发积体电路模组整合设计,射频传收系统整合设计环境及技术建立,与MPEG-4在无线通讯下抗错视讯编解码系统之设计与制作.在三年的计画中、总计划主要负责以SDL进行软体共同设计 Co-Design) 建立SoC设计,验证及测试流程,以利各子计画IP的开发.同时,总计划还负责整合各子计划研发之IP以及系统整合.我们将各个子计画的IP (i.e, WLAN MAC and Baseband Logic, MPEG Software)与嵌入式Linux进行整合,并在ARM Integrator Board上进行整个系统的验证.经过验证结果,我们已经可以在ARM Integrator上透过WLAN MACBaseband 作on-line point-to-point的MPEG档传输与播放.
整体说来,此计画的成果与预期之结果大致符合.在此计画中、我们除了完成此SOC雏形平台之外,最重要的,我们也增加了许多嵌入式作业系统的技术与软硬体共同验证的经验、对未来的研究有颇大助益.
五、参考文献T.W.Albrecht, Johann Notbauer, HWSW Performance Estimation Benchmark fora24 Embedded RISC Core Design, Proc. ACM Conf. Design AutomationppA. andD.Sciuto, Co-synthesis and Co-simulation of Embedded Systems, Design Autmation for Embedded System, JUL 1996.
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D. Kirovski Engineering Change: Methodology and Applications to Behavioral and System Synthesis, Proc. ACMIEEE Conf. Design AutomationppJ. andR.Raina, Functional Verification Methodology for the PowerPC 604 33rd DAC, 1996.
P. Development Environment and its Application to Consumer Multimedia Products Design, CODESCASHE98.
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