SOC 設計原理與實戰 -- 輕松設計機器人

北京大學碩士。曾在華為擔任基站設計研發經理，在互芯擔任首席架構師，在邦訊擔任CTO，現在創業中。從事通信行業20多年，一直在企業負責研發工作。
曾在美資芯片公司擔任首席架構師多年，主持設計了多款手機基帶芯片。
為芯片行業培養了大量優秀的設計師，他們目前活躍在華為、海思、紫光晨銳等著名芯片公司。
本人負責設計的芯片依舊在市場廣泛銷售，出貨量已經超過10億片。
創業期間，本人設計並製造全球zui小的微型基站，為國內著名通信企業並製造了5G原型基站。
作者同時還是“海淀英才”稱號獲得者，屢次獲得國家標準先進工作者稱號。

第1 章 SoC 及AI 芯片行業分析
1.1 背景分析
1.2 AI 芯片產業分析
1.2.1 AI 芯片研發現狀分析
1.2.2 機器人端的研發現狀.
1.2.3 雲端的研發現狀
1.3 機器人研發背景分析
1.3.1 工業機器人
1.3.2 特殊環境下作業機器人.
1.3.3 面向大眾的服務機器人.

第2 章 警用機器人需求定義
2.1 為什麼是警用機器人
2.1.1 機器人組裝將會日益簡單
2.1.2 機器人的故障率將居高不下
2.1.3 機器人故障將造成嚴重危害
2.2 我們的定位
2.2.1 技術方案確定
2.2.2 適應場景分析
2.2.3 功能需求定義

第3 章 警用機器人的總體架構
3.1 警用機器人的總體架構設計
3.1.1 系統組成設計
3.1.2 運行流程設計
3.2 “觀察者”子系統總體架構設計
3.2.1 飛行的技術選型
3.2.2 懸掛纜繩的技術選型
3.2.3 折疊的技術選型
3.2.4 通信的技術選型
3.2.5 續航能力的技術選型
3.3 “摧毀者”子系統總體架構設計
3.3.1 背景技術介紹
3.3.2 吸附方法的技術選型
3.3.3 吸附探測的技術選型
3.3.4 爬行方法的技術選型
3.3.5 摧毀方法的技術選型

第4 章 警用機器人SoC 總體設計
4.1 SoC 總體流程
4.1.1 SoC 芯片設計整體流程
4.1.2 數字芯片設計流程
4.1.3 模擬芯片設計流程
4.2 系統組流程
4.2.1 需求分析
4.2.2 架構設計
4.3 工藝設計
4.4 封裝設計

第5 章 需求分析
5.1 功能需求
5.2 Pin 需求

第6 章 數字設計—結構設計
6.1 芯片架構原理
6.1.1 芯片構成原理介紹
6.1.2 CPU.
6.1.3 Bus
6.1.4 核心外設
6.2 掌握設計方法
6.2.1 建模工具UML
6.2.2 設計工具
6.3 設計總體結構

第7 章 數字設計—概要設計
7.1 CPU 設計
7.1.1 CPU 內部設計.
7.1.2 CPU 引腳接口.
7.1.3 Register 接口
7.2 Bus 設計
7.2.1 AHB 總線設計.
7.2.2 APB 總線設計.
7.3 Memory Controller 器件設計
7.3.1 電路原理設計
7.3.2 引腳接口設計
7.3.3 Register 接口
7.4 Clock 器件設計.
7.4.1 電路原理設計
7.4.2 引腳接口
7.4.3 Register 接口
7.5 Interrupt Controller 設計.
7.5.1 電路原理設計
7.5.2 引腳接口
7.5.3 Register 接口
7.6 Internal Memory 器件設計
7.6.1 電路原理設計
7.6.2 引腳接口
7.6.3 Register 接口
7.7 DMA 器件設計
7.7.1 電路原理設計
7.7.2 引腳接口
7.7.3 Register 接口
7.8 USB Controller 器件設計
7.8.1 電路原理設計
7.8.2 引腳接口
7.8.3 Register 接口
7.9 GPIO 器件設計
7.9.1 電路原理設計
7.9.2 引腳接口
7.9.3 Register 接口
7.10 FIFO 器件設計
7.10.1 電路原理設計
7.10.2 引腳接口
7.10.3 Register 接口

第8 章 數字設計—AI 協處理器設計
8.1 AI 協處理器工作原理
8.1.1 AI 綜合打分法.
8.1.2 AI 的適用範圍.
8.2 AI 的主要算法性能分析
8.3 AI 芯片的架構設計
8.4 AI 芯片的使用步驟是先訓練再使用
8.5 警用機器人為何使用AI 芯片

第9 章 數字設計—詳細設計
9.1 編程語言
9.1.1 芯片語言的基本概念
9.1.2 芯片語言的基本結構
9.1.3 設計原理
9.2 設計方法舉例

第10 章 數字設計—單元驗證
10.1 單一部件的時序分析.
10.1.1 時序分析方法
10.1.2 實驗波形
10.2 單元測試的主要檢查項
10.3 多部件的集成驗證.
10.3.1 拓撲分析
10.3.2 接口驗證
10.4 地址映射
10.5 系統仿真語言
10.5.1 System C 語言介紹
10.5.2 System C 仿真工具
10.6 System C 仿真實例.
10.6.1 劃分模塊
10.6.2 行為定義
10.7 System C 仿真結論.

第11 章 模擬設計—概要設計
11.1 PWM 器件設計
11.1.1 電路原理設計
11.1.2 引腳接口
11.1.3 Register 接口
11.2 AD/DA 器件設計
11.2.1 ADC 電路原理設計
11.2.2 DAC 電路原理設計
11.2.3 引腳接口
11.2.4 Register 接口
11.3 加速度計器件設計
11.3.1 加速度測量原理
11.3.2 電路原理設計
11.3.3 引腳接口
11.3.4 Register 接口

第12 章 模擬設計—詳細設計和單元測試
12.1 編程語言
12.1.1 使用VHDL-AMS 編程
12.1.2 使用Verilog-AMS 編程
12.2 電路仿真
12.2.1 仿真工具
12.2.2 測試向量
12.2.3 SPICE 仿真

第13 章 模擬設計—集成驗證和系統驗證
13.1 噪聲來源分析
13.1.1 低頻噪聲
13.1.2 半導體器件產生的散粒噪聲
13.1.3 高頻熱噪聲
13.1.4 電路板上電磁元件的干擾
13.1.5 晶體管的噪聲
13.1.6 電阻器的噪聲
13.1.7 集成電路的噪聲
13.2 數字電路帶來的電源噪聲分析.
13.2.1 電源線上的噪聲
13.2.2 地線上的噪聲
13.3 模擬電路噪聲分析
13.4 功耗分析

第14 章 後端設計
14.1 後端設計工具
14.1.1 Synopsys Design Compiler 邏輯綜合工具
14.1.2 Astro 自動佈局佈線工具
14.2 怎樣把設計變成芯片
14.2.1 佈局分區
14.2.2 驗證的具體方法
14.2.3 生產工藝
14.2.4 封裝工藝
14.2.5 生產驗證
14.3 實物驗證
14.4 成本估算

第15 章 警用機器人的硬件集成
15.1 通過3D 打印設計連接結構
15.1.1 3D 打印設備
15.1.2 打印機身和機翼
15.1.3 打印爬行腳
15.1.4 打印其他組件
15.2 設計PCB.
15.2.1 總體設計
15.2.2 最小系統設計
15.2.3 啟動和復位電路設計
15.2.4 供電電路設計
15.2.5 充電電路設計
15.2.6 姿態控制電路設計
15.2.7 電機驅動電路設計
15.3 連接與組裝
15.3.1 安裝發動機
15.3.2 安裝螺旋槳
15.3.3 安裝攝像頭和雲台
15.3.4 安裝爬行腳
15.3.5 安裝摧毀頭

第16 章 警用機器人的軟件集成
16.1 操作系統選型
16.1.1 Arduino 操作系統
16.1.2 OpenPilot 操作系統
16.2 驅動程序設計
16.2.1 驅動程序設計原理
16.2.2 加速度傳感器驅動程序設計
16.2.3 陀螺儀驅動程序設計
16.2.4 AI 協處理器驅動程序設計
16.3 “觀察者”應用程序設計
16.3.1 整體架構
16.3.2 初始化.
16.3.3 主循環—100 Hz 循環
16.3.4 主循環—50 Hz 循環
16.3.5 主循環—10 Hz 循環
16.4 “摧毀者”應用程序設計
16.4.1 整體架構
16.4.2 命令接收模塊設計
16.4.3 吸附模塊設計
16.4.4 爬行模塊設計
16.4.5 執行模塊設計

第17 章 警用機器人的AI 訓練
17.1 收集自動校準圖像樣本
17.1.1 樣本收集
17.1.2 樣本標註
17.2 利用雲端資源進行AI 訓練
17.2.1 TensorFlow 簡介
17.2.2 安裝CUDA
17.2.3 安裝CUDNN
17.2.4 安裝virtualenv 並下載TensorFlow 文件
17.2.5 安裝Bazel 編譯器
17.2.6 TensorFlow 編譯
17.2.7 測試.
17.2.8 利用TensorFlow 訓練圖像分類的模型
17.3 把AI 訓練結果導入“觀察者”芯片上

第18 章 警用機器人的全系統測試
18.1 飛行能力測試
18.1.1 測試目的
18.1.2 測試方法
18.1.3 測試結論
18.2 爬行能力測試
18.2.1 測試目的
18.2.2 測試方法
18.2.3 測試結論
18.3 吸附能力測試
18.3.1 測試目的
18.3.2 測試方法
18.3.3 測試結論
18.4 實施能力測試
18.4.1 測試目的
18.4.2 測試方法
18.4.3 測試結論
18.5 觀測能力測試
18.5.1 測試目的
18.5.2 測試方法
18.5.3 測試結論
18.6 各部件耗電測試
18.6.1 測試目的
18.6.2 測試方法
18.6.3 測試結論
18.7 穩定性測試
18.7.1 測試目的
18.7.2 測試方法
18.7.3 測試結論

第19 章 警用機器人的商業模式設計
19.1 市場規模分析
19.2 投資需求分析
19.3 商業模式策劃

第20 章 下一步研究：AI 總線技術.
20.1 AI 總線技術是產業發展的趨勢
20.1.1 為什麼要做AI 總線
20.1.2 AI 總線的優勢
20.2 AI 總線對產業界的影響
20.2.1 AI 總線的市場
20.2.2 AI 總線的作用
20.2.3 AI 總線是否會與現有技術、廠商發生衝突.7
20.2.4 AI 總線對產業鏈的影響.
20.3 AI 總線的核心技術
20.3.1 總線的仲裁技術
20.3.2 設備的自我註冊技術
20.3.3 設備間的傳輸技術

附錄A
A.1 存儲控制器設計完整代碼
A.2 ADC 設計完整代碼
A.3 AI 訓練設計完整代碼

附錄B 相關設計資源