可编程片上系统设计技术
徐 欣 温广翔
国防科大 亚太科汇
(TEL:0731-4533632 E-mail:dr.xuxin@eestd.com)
摘 要: 可编程片上系统设计是一个崭新的,富有生机的嵌入式系统设计技术研究方向.本文在阐述可编程逻辑器件特点及其发展趋势的基础上,探讨基于Xilinx FPGA的可编程片上系统设计方法,并详细介绍了相关的开发和调试工具,为SOPC的设计实现提供了一种切实可行的途径.
关键词:可编程片上系统 现场可编程逻辑门阵列 智力产权内核 动态可重构
System on a Programmable Chip Designing Technology
Xu Xin, Wen GuangXiang
National University of Defense Technology (Zip:410073)
Abstract: System on Programmable Chip (SOPC) is a new and vital aspect for embedded system designing. In this paper, the IP Reuse methodology and the software and hardware co-design technique based on Micro Blaze soft processor IP and Xilinx FPGA will be discussed. The toolset provided by Xilinx is also discussed. SOPC designing technology will put forward a broad approach to new embedded system design.
Key words:SOPC, FPGA, IP Core, Dynamic Configurable
1. FPGA和SOPC概述
1.1 FPGA的特点及最新进展
嵌入式系统是一个面向应用,技术密集,资金密集,高度分散,不可垄断的产业,随着各个领域应用需求的多样化,嵌入式设计技术和芯片技术也经历着一次又一次的革新.虽然ASIC的成本很低,但设计周期长,投入费用高,风险较大,而可编程逻辑器件(Programmable Logical Device)设计灵活,功能强大,尤其是高密度现场可编程逻辑器件(Field Programmable Gate Array)其设计性能已完全能够与ASIC媲美,Xilinx公司最新推出的SpartanIII系列高性价比FPGA,其批量成本已经达到10美元/100万门的成都,其性能价格比已足以与ASIC抗衡.因此,FPGA在嵌入式系统设计领域已占据着越来越重要的地位.
FPGA的基本结构由以下几个部分构成:
可编程逻辑功能模块CLB(Configurable Logic Blocks)
可编程输入输出模块IOB(Input/Output Blocks)
可编程内部互连资源PI(Programmable Interconnection)
随着工艺的进步和应用系统需求,一般在FPGA中还包含以下可选资源:
存储器资源(Block RAM和Select RAM)
数字时钟管理单元(分频/倍频,数字延迟)
I/O多电平标准兼容(Select I/O)
算数运算单元(乘法器,加法器)
特殊功能模块(MAC等硬IP核)
微处理器(PPC405等硬处理器)
以FPGA为核心的PLD产品是近几年集成电路中发展得最快的产品.随着FPGA性能的高速发展和设计人员自身能力的提高,FPGA将进一步扩大可编程芯片的领地,将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用.目前FPGA的发展趋势主要体现在以下几个方面:
向更高密度,更大容量的千万门系统级方向迈进
向低成本,低电压,微功耗,微封装和绿色化发展
IP资源复用理念将得到普遍认同并成为主要设计方式
MCU,DSP,MPU等嵌入式处理器IP将成为FPGA应用的核心
随着处理器以IP的形式嵌入到FPGA中,ASIC和FPGA之间的界限将越来越模糊,未来的某些电路版上可能只有这两部分电路:模拟部分(包括电源)和一块FPGA芯片,最多还有一些大容量的存储器.Xilinx等公司最新一代FPGA:Spartan II/E,Virtex II Pro,尤其是SpartanIII及其相关IP Core的推出,使我们有理由相信,可编程片上系统(System on Programmable Chip)的时代已经离我们不远了.

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