基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2009-09-17 來源：網(wǎng)絡(luò)

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IP資源復(fù)用（IP Reuse）是指在集成電路設(shè)計(jì)過程中，通過繼承、共享或購買所需的智力產(chǎn)權(quán)內(nèi)核，然后再利用EDA工具進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和驗(yàn)證，從而加速流片設(shè)計(jì)過程，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。IP Reuse已逐漸成為現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)的重要手段，在日新月異的各種應(yīng)用需求面前，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)時(shí)代正步入一個(gè)IP整合的時(shí)代。

IP Reuse不僅僅應(yīng)用于專用集成電路設(shè)計(jì)，對(duì)基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域而言，更是具有舉足輕重的地位。FPGA在采用IP內(nèi)核方面走在了市場(chǎng)的前面，其原因有以下幾個(gè)方面：FPGA具有極高的靈活性和面市時(shí)間短的特點(diǎn)，這使得多項(xiàng)設(shè)計(jì)迭代可以在數(shù)小時(shí)而不是數(shù)周內(nèi)完成由于FPGA密度達(dá)到了百萬門甚至是千萬門，越來越多的設(shè)計(jì)師傾向于使用IP內(nèi)核保持和提高產(chǎn)品的產(chǎn)量可編程邏輯價(jià)格低廉，可以作為切實(shí)可行的生產(chǎn)工具以及最佳原型設(shè)計(jì)，而且不許要昂貴的EDA設(shè)計(jì)工具，大大降低了設(shè)計(jì)門檻2.2 IP Core設(shè)計(jì)方法：編碼風(fēng)格與項(xiàng)目模板IP Core是IP Reuse的載體和核心內(nèi)容，基于應(yīng)用需求、規(guī)范協(xié)議和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不同，IP Core的內(nèi)容也是千差萬別的。但是，為了使IP Core易于訪問和易于集成，其設(shè)計(jì)必須遵循一定的規(guī)范和準(zhǔn)則。

在IP Core的開發(fā)方面，許多開放性的團(tuán)體都付出了巨大的努力來推動(dòng)各種IP Core的開發(fā)和IP Reuse理念的推廣，其中比較著名的是Open Cores開發(fā)組織（http://www.opencores.org）。他們不僅開發(fā)了許多開放源代碼的IP Core，涵蓋了處理器IP、處理器外設(shè)控制器IP、算術(shù)運(yùn)算單元IP、DSP算法IP等方面，而且編寫了詳細(xì)的IP Core編碼風(fēng)格和項(xiàng)目模板，并倡導(dǎo)了一種總線標(biāo)準(zhǔn)wishbone，用于規(guī)范各種IP Core的接口標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)開放性團(tuán)體IP Core開發(fā)小組（http://www.IPcore.com.cn）也在IP Core開發(fā)和IP Reuse理念的推廣和普及方面進(jìn)行了不懈的努力。

編碼風(fēng)格（Coding Style）是基于HDL的IP Core源碼編寫的指導(dǎo)性文檔，其可讀性直接關(guān)系到IP Core的易于訪問和易于集成性。編碼風(fēng)格一般包含幾個(gè)方面的約定：文件頭和版本說明、聯(lián)機(jī)注釋、命名規(guī)則、可綜合編碼等。

項(xiàng)目模板則規(guī)定了完成一個(gè)IP Core設(shè)計(jì)包含的主要內(nèi)容及所需提供的文檔，項(xiàng)目模板內(nèi)容及其文檔直接關(guān)系到IP Core的易于集成特性，一個(gè)IP Core必須是完整的、經(jīng)過全面驗(yàn)證的，才能順利地集成到應(yīng)用項(xiàng)目中去。項(xiàng)目模板一般包含幾個(gè)方面的內(nèi)容：項(xiàng)目定義、接口說明、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊、設(shè)計(jì)文檔說明、測(cè)試驗(yàn)證報(bào)告、約束和實(shí)現(xiàn)、版本說明、試用評(píng)價(jià)以及參考文獻(xiàn)等。

編碼風(fēng)格和項(xiàng)目模板詳細(xì)文檔的英文版和中文版可分別從上述兩個(gè)網(wǎng)站獲得。

2.3 IP Core驗(yàn)證：仿真、測(cè)試與評(píng)估板IP Core設(shè)計(jì)在完成編碼階段以后，對(duì)其功能的測(cè)試驗(yàn)證是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，因?yàn)檫@直接關(guān)系到IP Core資源的可用性。僅僅通過功能仿真、時(shí)序仿真和測(cè)試向量驗(yàn)證的IP Core是不完備的，它必須通過實(shí)際系統(tǒng)的驗(yàn)證。國際上各大公司通常采用的辦法是評(píng)估板驗(yàn)證，也即構(gòu)建一個(gè)與實(shí)際系統(tǒng)IP Core應(yīng)用一致的硬件環(huán)境，通過下載FPGA配置使其具備相應(yīng)的邏輯功能，并進(jìn)行實(shí)物仿真。

另外，由于IP Core的許可成本較高，用戶也通常希望在購買IP Core之前，對(duì)其功能進(jìn)行充分的驗(yàn)證以確定是否適合于目標(biāo)系統(tǒng)，從而降低投資風(fēng)險(xiǎn)，（當(dāng)然，內(nèi)核和源代碼的知識(shí)產(chǎn)權(quán)是加了保護(hù)措施的），Xilinx公司的Sing Once和Altera公司的Open Core均提供了這樣的平臺(tái)。

Xilinx公司和Altera公司均提供了許多用于評(píng)估IP Core的FPGA評(píng)估板，如USB、MAC、IEEE1394等等。許多第三方設(shè)計(jì)中心，如Insight，還開發(fā)了用于SOPC系統(tǒng)集成的 Virtex II MicroBlaze評(píng)估板和Virtex II Pro PPC405評(píng)估板等等。Xilinx FPGA的國內(nèi)專業(yè)設(shè)計(jì)公司長沙依元素科技（http://www.eestd.com）還開發(fā)了用于測(cè)評(píng)各類基本IP Core以及學(xué)習(xí)培訓(xùn)用途的數(shù)字刀劍？系列（DigitalSword？ Series Kit）評(píng)估板，該系列評(píng)估板提供了VGA、LCD、音頻、鍵盤鼠標(biāo)、串口、并口、USB Slave、I2C等電平接口，并提供了標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展總線以及豐富的子板功能模塊支持。