随着半导体行业设计、器件、工艺的高速发展,集成电路的规模也不断增大。尤其在图像处理领域方面,既要求高分辨率、高实时性、高精度的处理能力,又要具备小型化和低功耗特性,这给嵌入式图像处理系统架构设计提出了巨大的挑战。为了实现嵌入式图像处理系统最优化设计,兼顾性能、功耗和面积,采用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）设计模式对特定图像算法进行硬件加速是业界主流解决方案。但ASIC设计模式开发周期长、流片风险高,所以针对其功能验证和物理实现的研究,具有十分重要的现实意义。本论文将对一款IMGP图像处理器芯片进行完备高效的功能验证和物理设计,然后针对芯片的功耗热点,提出相应的功耗优化思路和具体方案,进一步降低芯片布局布线后的功耗。本文的主要研究内容和成果如下:（1）通过对IMGP图像处理算法和芯片功能结构的深入分析,分解和提取测试功能点;设计和实现基于通用验证方法学（Universal Verification Methodology,UVM）的功能验证平台,包括构建功能验证所需的算法参考模型,设计用于仿真结果自动比较的计分板组件等等;采用定向和随机测试用例相结合的方式,完成对IMGP图像处理器子系统的功能验证工作。（2）结合IMGP图像处理器设计规范、模块分布、数据通路和时序约束,完成了芯片的布局布线和时钟树综合设计,并对其中出现的布线拥塞和时钟偏斜问题进行了优化改进,最后对布局布线后设计版图进行了完备的时序验证、物理验证和功耗分析,解决了验证过程中出现的时序违例和设计规则违例问题。（3）根据芯片物理设计后的功耗仿真结果,针对存储单元和时钟树网络单元等功耗热点,结合对IMGP图像处理器应用场景和数据处理的分析,提出了基于图像特性的行缓存单元功耗优化方案和基于数据处理的时钟关断功耗优化方案。总体而言,与上一个版本基于Verilog语言的验证环境搭建效率相比,基于UVM方法学的IMGP图像处理器子系统验证平台构建周期从原来的2周缩短为2天,极大提高了开发效率。在功能验证回归测试之后,设计代码覆盖率达到99.84%,功能覆盖率达到100%。IMGP图像处理器物理实现的最终版图面积为2.75mm2,静态IR Drop最大为电源电压的0.04%,时序检查和物理验证全部通过,达到了功能验证和物理设计的签核条件,保障了芯片的成功流片。功耗仿真结果显示,在采用本文提出的功耗优化方案后,IMGP图像处理器芯片解码模式下的总功耗为6.887mW,相较于原有设计方案,存储单元功耗降低了 23.3%,时钟树网络单元功耗降低了 35.6%,总功耗降低了 18.8%,表明功耗优化效果较为显著。