利用Floorplanner工具提高嵌入式处理器系统的性能.doc
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1、利用Floorplanner工具提高嵌入式处理器系统的性能通过在可编程逻辑器件中嵌入低成本、高性能的处理器,芯片开发商不但能提高系统的整体性能,而且能够从可编程逻辑器件原本就具备的开发时间短、上市快的特点受益。利用本文谈到的Floorplanner工具可以对嵌入式处理器、相关的IP和定制逻辑进行布局控制和分组,简化复杂系统级芯片的开发,提高系统整体性能。嵌入式处理器内核越来越多地在FPGA设计中得到采用,人们开始认识到高级可编程逻辑所带来的好处。通过将低成本高性能的嵌入式处理器内核与可定制的FPGA电路配合使用,电子设备生产商能为其特定的产品量身定制芯片,从而以较低的成本和较快的速度将产品推向
2、市场。但若想合理地采用这项先进技术,设计者需要功能强大的工具才能满足设计要求。 Floorplanner即是适合这类应用的一种工具,它允许设计者控制嵌入式处理器、相关IP以及定制逻辑的布局和分组,从而简化复杂的系统级芯片的开发过程,并提升系统的整体性能。本文将讨论如何在一个集成了PowerPC内核、一个DDR内存控制器以及一个LCD控制器的嵌入式系统的开发过程中采用Floorplanner。在图1中,DDR内存控制器通过一个高速处理器本地总线(PLB)与PPC相连,因而在该系统中可以通过高速内存访问来实现指令和数据传输。LCD控制器对带宽要求较低,可以通过较低速的片上外围总线(OPB)与PPC
3、连接,OPB通过一个PLB到OPB桥将低速的外围内核与PLB相连。图中还显示了两个片上存储控制器和BRAM的用法,这是一个很重要的特性。从系统模块图可以看出,当系统中额外增加其它总线控制器时,嵌入式系统设计能够轻松地对其提供支持。图1基于PowerPC 405的嵌入式系统框图系统生成我们可以采用系统生成器来定义所需处理器以及相关控制器的参数,从而简化嵌入式系统的设计和创建,并产生嵌入式系统的源设计 (通常包含一个处理器内核、几个总线结构以及现有的IP)。同时,系统生成器还能产生系统启动所需的软件头文件。有了这些工具,软、硬件设计工程师就能同时并行地进行嵌入式系统开发。对硬件设计工程师而言,系统
4、生成器能够创建系统中关键部件安装时所需的所有文件,并能使外围器件定义、外围器件创建、以及处理器上数百个管脚与外围器件和系统总线的连接自动进行。对于开发工程师而言,系统生成器在进行HW/SW系统权衡时能提供很大帮助,而且还能解决软硬件优化的问题。如果没有系统生成器,则必须手动产生系统,将使系统设计时间和设计复杂度增加。如何利用Floorplanner很多EDA厂商都提供的另一种工具是Floorplanner,硬件设计工程师利用该工具可以控制摆放那些与他们所感兴趣的功能相关的逻辑,并且在功能实现后立即查看器件内的布局线路情况。以嵌入式系统为例,Floorplanner可以帮助设计工程师查看和(或)
5、控制处理器以及相关外围器件的摆放,这些外围器件的布局可能对满足设计性能要求非常关键。如前所述,PowerPC 405内核中包含一个片上存储(OCM)控制器,该OCM控制器既能提供到64位指令BRAM(ISBRAM)的接口,也能提供到32位数据BRAM (DSBRAM)的接口,它最多能寻址16MB的DSBRAM和16MB的ISBRAM。OCM控制器最大的优点是能够保持一个固定的执行时延。为了满足 FPGA的时序的要求,硬件设计工程师必须控制OCM BRAM相对于OCM控制器接口的摆放位置:DSBRAM必须放在PPC405核之上,而ISBRAM必须置于PPC405之下,如图2所示。要想控制这类布局
6、,最简单的方法也许就是采用Floorplanner工具。Floorplanner具有查看和(或)摆放逻辑的功能,该工具应用恰当时能够提升嵌入式系统的性能,但若应用不当则会降低系统性能。因此,用户要想成功地应用该工具,还应该注意以下几点建议:1. 硬件设计工程师在采用Floorplanner对硬件开始布局之前,必须清楚了解设计和目标结构,这对正确的设计布局和硬件资源利用非常关键。2. 在对FPGA进行物理布局时必须优先考虑I/O。如图3所示,控制信号I/O应该放在FPGA的顶部或底部,数据总线I/O应放在左侧或右侧,这样才能保证最有效地利用FPGA的布线资源,并最大程度地优化性能。3. 算术功能
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