基于FPGA的SoC原型驗(yàn)證的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：在SoC開發(fā)過程中，基于FPGA的原型驗(yàn)證是一種有效的驗(yàn)證方法，它不僅能加快SoC的開發(fā)，降低SoC應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)成本，而且提高了流片的成功率。文章主要描述了基于FPGA的SoC原型驗(yàn)證的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，針對(duì)FPGA基驗(yàn)證中存在的問題進(jìn)行了分析并提出了解決方案。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；系統(tǒng)級(jí)芯片；原型驗(yàn)證；驗(yàn)證平臺(tái)

0 引言
隨著SoC設(shè)計(jì)規(guī)模的與日俱增，其功能日趨復(fù)雜，芯片的驗(yàn)證階段占據(jù)了整個(gè)芯片開發(fā)的大部分時(shí)間。為了縮短驗(yàn)證時(shí)間，在傳統(tǒng)的仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上涌現(xiàn)了許多新的驗(yàn)證手段，如SDV(Software Driven verification)、BFM(Bus Function Model)等，以及基于FPGA的原型驗(yàn)證技術(shù)。
因FPGA工藝及技術(shù)的發(fā)展，其速度、容量和密度都大大增加，功耗和成本在不斷的降低，使得基于FPGA的原型驗(yàn)證得到廣泛的應(yīng)用。基于FPGA的原型驗(yàn)證可以比軟件仿真速度高出4～6個(gè)數(shù)量級(jí)，而且還可以提高流片成功率，并為軟件開發(fā)提供了硬件平臺(tái)，加速了軟件的開發(fā)速度。
本文主要論述了FPGA基原型驗(yàn)證的實(shí)現(xiàn)方法，并且針對(duì)ARM1136為內(nèi)核的SoC，如何快速而有效地搭建一個(gè)原型驗(yàn)證平臺(tái)做了詳細(xì)的論述，最后還以UART為例來說明一種簡單、可重用性好、靈活性強(qiáng)的測(cè)試程序架構(gòu)。

1 基于ARM1136的SoC設(shè)計(jì)
本文驗(yàn)證的SoC芯片是定位于手持視頻播放設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品的高性能應(yīng)用處理器，采用了ARM1136作為內(nèi)核，ARM11在提供超高性能的同時(shí)，還能保證功耗、面積的有效性。
同時(shí)在這個(gè)架構(gòu)中還采用了ARM公司的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)總線，它是一組針對(duì)基于ARM核的片上系統(tǒng)之間通信而設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在設(shè)計(jì)中，對(duì)于一些處理數(shù)據(jù)和通訊速度要求較高的設(shè)備掛在AHB總線上，而那些對(duì)總線性能要求不高的設(shè)備掛在APB總線上。
為了能夠提高一些設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸速度，該設(shè)計(jì)加入了DMA，其支持存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器到外設(shè)、外設(shè)到存儲(chǔ)的傳輸。
基于ARM11設(shè)計(jì)的SoC系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示，這個(gè)系統(tǒng)還包括了USB控制器、LCD控制器、圖像處理單元GPU、視頻處理單元VPU、GPS、I2S、通用異步串口UART、同步串口SPI、TIMER、PWM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、I2C總線和功耗管理單元(PMU)等。

2 FPGA原型驗(yàn)證平臺(tái)的快速搭建
FPGA的發(fā)展為SoC的原型驗(yàn)證提供了巨大的發(fā)揮空間，面對(duì)復(fù)雜的SoC系統(tǒng)，傳統(tǒng)的一些驗(yàn)證方法和單一的驗(yàn)證技術(shù)已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)的要求。本文所設(shè)計(jì)的平臺(tái)不僅能加快開發(fā)速度，提高流片成功率，而且還具有低錯(cuò)誤率、快速和簡易的特點(diǎn)，因此特別適合用于RTL代碼更改頻繁的設(shè)計(jì)中。