随着集成电路设计技术和半导体工艺技术的逐渐发展,片上系统(System on a Chip,SoC)已经成为了目前集成电路设计的主流,并进一步促进了基于软硬件协同工作设计平台方法的出现和迅速普及。Flash存储器和嵌入式CPU则是SoC芯片的核心,与其它系统模块协同工作,完成系统设计所需的功能。全球市场上的嵌入式CPU内核主要为ARM公司的ARM-Cortex M/A系列,其中以超低功耗,超低成本的Cortex-M0/M0+,高性能M3/M4为主要代表。但相对于CPU来说,片上Flash由于其物理限制,属于低速存储设备,制约着SoC的性能。因此研发一款具有自主知识产权的高性能SoC芯片具有重大意义。本文采用杭州中天微系统有限公司自主研发设计的32位嵌入式CPU内核CK802(CK-Core是该系列的一个主要型号)和AMBA 2.0总线,设计了Flash加速控制器,使得CPU在高频72 MHz下以零等待周期访问Flash,同时集成若干工业控制领域的常用通讯接口和功能模块,以搭建一个基于CK802内核的通用SoC设计平台。此SoC将广泛应用于工业控制领域,并根据实际工程需求进行增添、裁减和功能优化和,为后续工控SoC设计的工程化和实用化打下基础。首先,论文基于CK802和AMBA总线的SoC系统架构,分析了CK802的体系结构、指令集、流水线和总线接口等,根据AMBA2.0总线协议设计了SoC的AHB/APB总线架构和Flash控制器模块,并给出了设计验证需求和本论文的关键技术。其次,论文基于位宽扩展技术和预取技术,改进并重新设计了Flash加速控制器,使得该SoC在最高主频72 MHz下,以零等待周期访问Flash,提高了系统性能。再次,针对本论文所设计的Flash加速控制器进行了仿真验证平台的搭建并对其进行了仿真验证,通过仿真验证表明设计达到预期要求,然后使用Keil软件和示波器对论文所设计和意法半导体公司ST32F407开发板的Flash加速控制器进行了性能分析,结果表明指令读取速度得到显著提升,CPU以接近零等待周期访问Flash。最后,本论文基于Linux操作系统结合Perl语言、Makefile、C语言和VCS仿真工具搭建了本SoC系统级仿真验证平台。研究了工控SoC上的部分通用外设,包括通用I/O(GPIO),通用异步收发器UART、同步串行端口SPI和独立窗口看门狗IWDT,基于每个模块的功能点进行了测试向量的设计并完成了系统级仿真验证。本论文通过VCS仿真工具和Verdi波形调试软件等完成了该SoC的部分模块和Flash加速控制器的系统级验证。通过仿真验证结果表明,设计达到了预期的要求。