設(shè)計(jì)工具是FPGA在SoC設(shè)計(jì)中繼續(xù)應(yīng)用的關(guān)鍵

對(duì)于大多數(shù)使用 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說，基于微處理器核的 SoC 結(jié)構(gòu)正在成為主流。據(jù)調(diào)查，目前有五分之一的 FPGA 設(shè)計(jì)使用了軟處理器核，調(diào)查還發(fā)現(xiàn)大多數(shù) FPGA 設(shè)計(jì)人員希望今后都使用軟處理器核，并渴望使用像 ARM 公司提供的處理器核解決方案。

與此同時(shí)，另一個(gè)與核使用增加并行的趨勢是：約四分之三的嵌入式設(shè)計(jì)都在某種程度上采用知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 復(fù)用?？傮w趨勢仍然持續(xù)轉(zhuǎn)向 FPGA 及摒棄 ASIC 發(fā)展，使用可編程邏輯技術(shù)的嵌入式項(xiàng)目中有 81% 是采用 FPGA器件。

這對(duì)于 FPGA 市場來說無疑是好個(gè)消息，但這種發(fā)展趨勢也無容置疑地為 FPGA 廠家?guī)硖魬?zhàn)。僅就尺寸而言，典型的嵌入式設(shè)計(jì)現(xiàn)在越來越復(fù)雜；而這類復(fù)雜設(shè)計(jì)以往只能采用傳統(tǒng)的 ASIC 類型 SoC 器件來實(shí)現(xiàn)，并且需要使用有助于設(shè)計(jì)人員在直觀和抽象層面進(jìn)行開發(fā)的高層軟件工具。
由于需要復(fù)用現(xiàn)有的 IP 資源，這些開發(fā)工具必須能夠快速簡單地將自有的 IP和第三方的 IP 組構(gòu)在一起。而且在接下來的流程中，還需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真和調(diào)試，并通常在與硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)編寫應(yīng)用軟件。IP 的使用也會(huì)對(duì)器件本身提高要求，即寶貴的軟件 IP 必須在器件中安全地運(yùn)行，無論是在開發(fā)階段還是在制造階段均需采用安全保護(hù)措施，而且在現(xiàn)場使用時(shí)能抵御篡改和盜竊的侵?jǐn)_。這也是為什么 ARM 等高價(jià)值 IP 供應(yīng)商過去一直不愿將其 IP 產(chǎn)品以軟件形式用于 FPGA 的原因之一。

所有這一切都表明了 Actel 新近推出的 CoreMP7 軟 ARM7 處理器以及包括 CoreConsole IP 開發(fā)平臺(tái)在內(nèi)的整套工具具有重要意義。

ARM7 是業(yè)界領(lǐng)先的 32 位處理器，付運(yùn)量已達(dá)到數(shù)十億片。在 FPGA 上使用這種處理器核，是 FPGA 能否繼續(xù)在 SoC 類應(yīng)用中替代 ASIC 的一個(gè)先決條件。Actel 以 Flash 為基礎(chǔ)的 ProASIC3 和 Fusion 技術(shù)是這個(gè)發(fā)展的重要推動(dòng)因素，因?yàn)樗鼈兡芊乐股逃?IP 的運(yùn)行受到篡改和盜竊等問題侵害。ProASIC3 和 Fusion 技術(shù)具有先天優(yōu)勢，難以對(duì)其進(jìn)行逆向工程，而且無需外部能被讀出設(shè)計(jì)信息的配置器件，加上采用片上 AES 加密引擎和密鑰系統(tǒng)，確保 ARM 核得以安全地以軟件形式銷售，并且僅在那些經(jīng)授權(quán)的特定器件上使用。

除了 CoreMP7 本身及 ProASIC3 器件技術(shù)外，其配套的開發(fā)工具也同樣重要。該開發(fā)工具的核心是 CoreConsole IP 開發(fā)平臺(tái) (IDP)，它針對(duì) RTL 上的抽象層，允許設(shè)計(jì)人員通過圖形化用戶界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。CoreConsole 會(huì)生成 RTL 代碼，并傳送至 Actel 的 Libero 集成設(shè)計(jì)環(huán)境 (IDE) 進(jìn)行仿真和綜合。它還可輸出與 ARM7 軟件編程開發(fā)工具共用的 IP 所需的全部軟件驅(qū)動(dòng)程序。

CoreConsole 的主體是以總線為中心的工具軟件，可將用戶自有或第三方的 IP 構(gòu)件“縫合”在一起，即將各 IP 構(gòu)件自動(dòng)連接到所選的互連總線上。CoreConsole 還包括一個(gè) IP 庫，內(nèi)含 CoreMP7 和其它 Actel IP 部件，以及來自 Actel 的 CompanionCore 伙伴的第三方 IP。

CoreConsole 雖然是針對(duì) ARM7 軟件核而開發(fā)，但其本身卻獨(dú)立于特定使用的互連總線標(biāo)準(zhǔn)、處理器、子系統(tǒng)和IP構(gòu)件，讓設(shè)計(jì)人員面對(duì)未來的升級(jí)和開發(fā)選擇現(xiàn)有的IP時(shí)享有最高的靈活性。CoreConsole 的功能集中于處理器核周圍的子系統(tǒng)的定義、實(shí)施和配置，當(dāng)中包括中斷控制器、內(nèi)存控制器、定時(shí)器、串行接口、I/O端口和上電復(fù)位 (POR) 電路。

要將這些不同的部件用手工組構(gòu)在一起既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。CoreConsole 便將這個(gè)工序自動(dòng)化，使設(shè)計(jì)人員能專注于系統(tǒng)而不是部件本身。支持子系統(tǒng)的組裝也是在功能層面上通過圖形化界面完成，這樣就可及早進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)評(píng)測，大大縮短整體開發(fā)時(shí)間。這種處理方式當(dāng)然也順應(yīng)了業(yè)界一直期待的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)趨勢。CoreConsole 工具使用直觀的 Windows 界面作為系統(tǒng)級(jí)控制界面，并采用SPIRIT (Structure for Packaging, Integrating and Re-using IP within Tool-flows；工具流程中包裝、集成和復(fù)用IP的結(jié)構(gòu)) 聯(lián)盟所定義的方法來確保工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)級(jí)IP開發(fā)，并通過基于XML代碼的基本結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng) IP 核與總線連接在一起后，就可進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的維護(hù)工作。設(shè)計(jì)人員不但能及早查看系統(tǒng)功能，而且還可用 CoreConsole 生成系統(tǒng)互連測試工作臺(tái)，能夠全程跟蹤整個(gè)設(shè)計(jì)直至實(shí)施，并可用于驗(yàn)證和調(diào)試 FPGA 架構(gòu)內(nèi)的設(shè)計(jì)連接。

CoreConsole 與 CoreMP7 工具流程其余部分的集成顯然采用了相同方法。該工具生成的文件可直接在 Libero IDE 中使用。這樣，就可將 Actel 內(nèi)部開發(fā)的工具和其他商業(yè) EDA 工具如 Magma Design Automation、Mentor Graphics、Synplicity 和 SynaptiCAD 結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)仿真、綜合和布局布線功能。這樣，Libero 可讓設(shè)計(jì)人員使用其在流線型設(shè)計(jì)流程中所熟悉的商業(yè)工具，能夠自動(dòng)管理所有的資源、設(shè)計(jì)、運(yùn)作和日志文件。這結(jié)構(gòu)保證了相互操作性，使所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都能在不同的工具之間無縫傳送，從原理圖/HDL 開始進(jìn)入綜合、仿真、布局布線和器件編程。

與建立集成硬件設(shè)計(jì)流程同等重要的是，盡早開始設(shè)計(jì)過程中的軟件開發(fā)工作，并在軟件和硬件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間傳遞必要的信息。ARM 公司已經(jīng)針對(duì) CoreMP7開發(fā)出使用 CoreConsole 輸出數(shù)據(jù)的工具軟件 RealView Developer Kit (RVDK)；該工具軟件具有優(yōu)化的 C 編譯器、調(diào)試器、匯編器和指令集仿真器。

最近，Actel 推出基于廣泛使用的源碼開放的 Eclipse 集成設(shè)計(jì)環(huán)境和 ARM7 GNU 編譯器和調(diào)試器的開發(fā)環(huán)境 SoftConsole，可從 CoreConsole 導(dǎo)入內(nèi)存映象和驅(qū)動(dòng)程序，從而簡化開發(fā)和調(diào)試。
正如使用微處理器核已經(jīng)成為構(gòu)建 ASIC 類 SoC 所認(rèn)可的規(guī)則一樣，隨著 FPGA 不斷發(fā)展和普及，這種構(gòu)架和戰(zhàn)略也逐漸用于可編程邏輯領(lǐng)域中。以 Flash 為基礎(chǔ)的安全器件及在其上運(yùn)行的處理器核，是 FPGA 向新水準(zhǔn)發(fā)展的必要條件。用于軟件和硬件的設(shè)計(jì)工具也同樣重要，可以用來進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，并且提供全集成的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)環(huán)境。所有這些條件都具備之后，下一代可編程邏輯 SoC 正蓄勢待發(fā)。