可編程系統(tǒng)級芯片（SoPC）應(yīng)用設(shè)計(jì)的工具要求

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 可編程系統(tǒng)級芯片（SoPC）應(yīng)用設(shè)計(jì)的工具要求對可編程系統(tǒng)級芯片(SoPC)的開發(fā)而言，僅僅依靠可編程器件(PLD)在規(guī)模和速度方面的進(jìn)步，依靠使用方便的嵌入式處理器內(nèi)核，以及依靠其他的IP內(nèi)核本身是不夠的。通過解決系統(tǒng)級的復(fù)雜問題，使PLD技術(shù)在產(chǎn)品面市時(shí)間方面帶來好處，需要一種清晰的系統(tǒng)層次的構(gòu)造方法。 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，卻要求的綜合工具、的仿真工具和的時(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，

2、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*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

3、串行和并行的算法構(gòu)造選項(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)大的工具更嚴(yán)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

4、為可能。在一個(gè)理想的開發(fā)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者將只是簡單地編寫出表達(dá)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)有的工具還沒有到達(dá)如此的水平，而在PLD中集成嵌入式處理器會將增加設(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)級的解決方案，開發(fā)工具必須就處理器內(nèi)核如何與存儲器、外設(shè)I/O模塊相互作用提供和完整的模型。利用硬核處理器開展設(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

5、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VHDL或者Verilog仿真、行為仿真以及VHDL和Verilog 測試工具。 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)功能和外部存儲器控制器，以及定義存儲器映象圖。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)動程序的設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵。對PLD編程需

6、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方法嚴(yán)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

7、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。基于C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，對這些提高生產(chǎn)效率的工具的挑戰(zhàn)在于：對于現(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)用場合，PLD的用戶通常想充分利用器件的性能。 只有當(dāng)這

8、些提高生產(chǎn)效率的工具以提供性能的方式解決這種抽象的性能折中時(shí)，它們才會有實(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)合更嚴(yán)密，如更的時(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)勢之一是PLD提供了一個(gè)硬件平臺，在這個(gè)平臺上可以開展軟件開發(fā)、建模、系統(tǒng)級仿真，并且，在設(shè)計(jì)過程早期就可以開展協(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，只要它確實(shí)提高了系統(tǒng)級調(diào)試過程的效率。象SignalTap技術(shù)這樣的代調(diào)試工具使用了嵌入式邏輯分析器，當(dāng)以系統(tǒng)速度運(yùn)行器件時(shí)，它使得整個(gè)設(shè)計(jì)的全部內(nèi)部節(jié)點(diǎn)是可見的。人們期待著調(diào)試工具的進(jìn)一步改良，以便將同樣的直觀性帶回到初的HDL源代碼中去，并且通過快速的