SoPC應(yīng)用設(shè)計(jì)的PLD開發(fā)工具要求詳解

　　過去， PLD的用戶喜愛MAX+PLUS II的集成化特點(diǎn)（一個(gè)完全集成的設(shè)計(jì)實(shí)體，包括設(shè)計(jì)輸入、綜合、仿真、布局布線和時(shí)序分析），今天，同樣還是那些用戶，卻要求最佳的綜合工具、最佳的仿真工具和最佳的時(shí)序分析工具。PLD布局布線工具必須以某種方式滿足這些不斷變化的要求，這種方式使得整個(gè)設(shè)計(jì)方法在方向上更加以專用集成電路（ASIC）為中心。如果這種新的PLD設(shè)計(jì)方法正確地構(gòu)造出來，它將比ASIC技術(shù)更快地促進(jìn)IP內(nèi)核的應(yīng)用，并且，支持只有可編程技術(shù)才能提供的靈活性和定制能力。

　　現(xiàn)在，在高密度器件中使用IP內(nèi)核已經(jīng)是非常普遍的做法。盡管用戶使用總線接口功能（如 66 MHz的PCI總線）和DSP功能（如FIR濾波器）已經(jīng)有幾年的時(shí)間，IP內(nèi)核的應(yīng)用最近又出現(xiàn)了三個(gè)基本的變化。首先是現(xiàn)在的專用編程器具有強(qiáng)大的功能和靈活性。例如，新的FIR編譯器包含了一個(gè)支持4比特到32比特系數(shù)精度的內(nèi)置系數(shù)生成器，可以設(shè)計(jì)任何抽頭數(shù)目的濾波器。該編譯器還支持樣點(diǎn)的等間隔舍入、內(nèi)插以及串行和并行的算法結(jié)構(gòu)選項(xiàng)，從而使用戶可以按照自己的性能和布局面積要求優(yōu)化濾波器，并且，可以容易地修改和重新評(píng)價(jià)濾波器以滿足系統(tǒng)的要求。

　　在強(qiáng)化設(shè)計(jì)方法方面采取的第二個(gè)重要變化就是現(xiàn)在已有的對(duì)各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具的接口。例如， 現(xiàn)在的FIR 編譯器還能夠產(chǎn)生MATLAB、Simulink、VHDL和Verilog HDL 格式的仿真模型，從而與上述各種強(qiáng)大的工具更緊密地連接起來。類似的支持Reed-Solomon糾錯(cuò)算法等DSP應(yīng)用的應(yīng)用編譯器也正在開發(fā)過程中。

　　與IP內(nèi)核的應(yīng)用有關(guān)的第三個(gè)重大變化是專門為PLD優(yōu)化的嵌入式處理器的出現(xiàn)。只有使用了高性能的處理器， SoPC設(shè)計(jì)能力的潛力才真正成為可能。在一個(gè)理想的開發(fā)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者將只是簡(jiǎn)單地編寫出體現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)范的C代碼，然后，足夠智能化的開發(fā)工具將在嵌入式處理器中劃分某些算法，并將其余的算法綜合到可編程邏輯中去。然而，遺憾的是，現(xiàn)有的工具還沒有達(dá)到如此高級(jí)的水平，而在PLD中集成嵌入式處理器會(huì)將增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。新的開發(fā)方法必須解決建模、處理器集成和PLD的設(shè)計(jì)輸入等問題，并且，能夠智能化地開發(fā)各種總線接口來優(yōu)化系統(tǒng)性能。

　　為了優(yōu)化系統(tǒng)級(jí)的解決方案，開發(fā)工具必須就處理器內(nèi)核如何與存儲(chǔ)器、外設(shè)I/O模塊相互作用提供精確和完整的模型。利用硬核處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常需要一個(gè)描述特定的系統(tǒng)總線操作的處理器總線功能模塊，一定的時(shí)序關(guān)系，以及設(shè)計(jì)內(nèi)部處理器模塊與其他模塊的接口。使用軟核處理器，則需要正確的行為模型來證實(shí)PLD內(nèi)部的具體實(shí)現(xiàn)滿足處理器子系統(tǒng)的時(shí)序規(guī)范。整個(gè)SoPC的設(shè)計(jì)過程必須支持對(duì)VHDL或者Verilog仿真、行為仿真以及VHDL和Verilog 測(cè)試工具。

保證嵌入式處理器在PLD中成功應(yīng)用的關(guān)鍵是開發(fā)一種直觀的方法，用來選擇一個(gè)指定的處理器，選擇所有適用的外設(shè)功能和外部存儲(chǔ)器控制器，以及定義存儲(chǔ)器映象圖。開發(fā)工具SoPC Builder使用設(shè)計(jì)者熟悉的MegaWizard插件完成全部適用選項(xiàng)的選擇。

　　外設(shè)和存儲(chǔ)器映象選定后，處理器C代碼的生成、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的選擇以及外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵。對(duì)PLD編程需要用一個(gè)集成了嵌入式處理器初始化代碼和傳統(tǒng)的PLD初始化文件的器件文件。將這些文件集成到一個(gè)連貫的過程中，才能實(shí)現(xiàn)成功的編程。

　　設(shè)計(jì)方法中采用的IP內(nèi)核會(huì)不斷變化，在很多其他的設(shè)計(jì)方式中，設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)有的ASIC方法緊密結(jié)合，而用戶正在要求將從前只與ASIC設(shè)計(jì)有關(guān)的工具應(yīng)用到PLD設(shè)計(jì)中。去年，功能和時(shí)序仿真對(duì)大多數(shù)PLD用戶還是足夠的，但是現(xiàn)在用戶卻在期望使用行為仿真工具優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。為了滿足這一需求，Altera在其所有開發(fā)工具的應(yīng)用中包含了利用建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)的行為仿真功能。這些開發(fā)工具還提供了測(cè)試功能以加速仿真的過程。

　　現(xiàn)在，基于仿真向量文件的功率估計(jì)工具也已問世。這些工具使用仿真向量文件來代表實(shí)際的器件操作，以此來模擬可編程器件（PLD）的功耗，精度比按照設(shè)計(jì)規(guī)模、時(shí)鐘速率和節(jié)點(diǎn)切換速率來估計(jì)功耗的上一代設(shè)計(jì)工具高得多。用戶還期望用基于最小時(shí)序的時(shí)序仿真來補(bǔ)充基于典型延遲的時(shí)序仿真，從而證實(shí)其設(shè)計(jì)將在所有的操作條件下正常工作。

　　通常，設(shè)計(jì)方法發(fā)生變化或者是因?yàn)樾碌墓ぞ咛岣吡讼到y(tǒng)性能，或者是因?yàn)樗鼈儙淼纳a(chǎn)效率的提高，縮短了設(shè)計(jì)周期?；贑代碼的設(shè)計(jì)和行為綜合工具能夠縮短設(shè)計(jì)周期。

　　今天，對(duì)這些提高生產(chǎn)效率的工具的挑戰(zhàn)在于：對(duì)于現(xiàn)有的HDL方法，從更高層次的抽象能否產(chǎn)生具有比較性的性能？在ASIC技術(shù)能夠獲得高得多性能的應(yīng)用場(chǎng)合，PLD的用戶通常想充分利用器件的性能。 只有當(dāng)這些提高生產(chǎn)效率的工具以提供最優(yōu)性能的方式解決這種抽象的性能折中時(shí)，它們才會(huì)有實(shí)用價(jià)值。當(dāng)且僅當(dāng)它們真正可行的時(shí)候， PLD的形式驗(yàn)證才是可行的。

　　目前，盡管PLD開發(fā)工具的性能已經(jīng)大為提高，人們?nèi)匀辉诔掷m(xù)努力。智能邏輯布局和時(shí)序驅(qū)動(dòng)布線技術(shù)的新發(fā)展正在預(yù)示著新的性能超越。不久以前， fMAX的性能指標(biāo)就提高了40%到50% 。并且，新技術(shù)與傳統(tǒng)綜合工具的結(jié)合更緊密，如更精確的時(shí)序估計(jì)和閉環(huán)綜合將進(jìn)一步提高性能。

　　使用PLD主要優(yōu)勢(shì)之一是PLD提供了一個(gè)硬件平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上可以進(jìn)行軟件開發(fā)、建模、系統(tǒng)級(jí)仿真，并且，在設(shè)計(jì)過程早期就可以進(jìn)行協(xié)同驗(yàn)證。在這一過程中，盡早獲得在硅片中布局布線的結(jié)果是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，只要它確實(shí)提高了系統(tǒng)級(jí)調(diào)試過程的效率。象SignalTap技術(shù)這樣的第一代調(diào)試工具使用了嵌入式邏輯分析器，當(dāng)以系統(tǒng)最高速度運(yùn)行器件時(shí)，它使得整個(gè)設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)部節(jié)點(diǎn)是可見的。人們期待著調(diào)試工具的進(jìn)一步改進(jìn)，以便將同樣的直觀性帶回到最初的HDL源代碼中去，并且通過快速的轉(zhuǎn)換來觀察新增的節(jié)點(diǎn)。

　　PLD開發(fā)工具必須進(jìn)一步發(fā)展，從而與技術(shù)進(jìn)步和EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相適應(yīng)。器件的復(fù)雜度在不斷地增加，設(shè)計(jì)方法也必須在不降低器件性能的情況下，通過縮短設(shè)計(jì)周期來提高生產(chǎn)效率。如果成功了，這種技術(shù)將使得基于PLD的產(chǎn)品進(jìn)入傳統(tǒng)的嵌入式處理器市場(chǎng)。