[信息与通信]可编程片上系统设计技术.ppt
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1、可编程片上系统系统设计技术 System On a Programmable Chip 徐 欣 博士,国防科大嵌入式系统开放研究中心 长沙依元素科技发展有限公司,嵌入式系统设计技术最新发展趋势,主要内容,FPGA发展趋势与SOPC概述 基于Xilinx FPGA的SOPC设计 IP Core及其在SOPC中的地位 介绍几个SOPC设计技术应用实例,FPGA发展趋势与SOPC概述,FPGA的发展趋势(1),FPGA向密度更高、速度更快、频带更宽的百万门系统级方向发展 Xilinx Virtex/-E/II Pro (PPC405、MutiGbit收发器、RoketI/O、部分可重构特性、系统时钟
2、400M以上) Altera APEX/Stratix FPGA向低成本、低价格的片上系统方向发展 Xilinx 的SpartanIII系列 100万门/10美元 Altera的Cycolne系列 FPGA向低电压、低功耗和绿色化方向发展,FPGA的发展趋势(2),IP Core设计应用飞速发展,FPGA设计资源复用和开发手段全面升级 设计复杂性与知识产权复用 OPEN Core计划推波助澜 软IP Core(如MicroBlaze、Nios)和硬IP Core(如PPC405)齐头并进 FPGA已不再是传统设计方法中的处理器外围逻辑,而是整个数字系统的平台,FPGA的发展趋势(3),FPGA
3、与ASIC界限日趋模糊,相互融合 FPGA嵌入标准单元(如Xilinx的PPC405、MutiGbit收发器等) ASIC嵌入可编程逻辑单元(ATMEL等) FPGA的成本不断下降,产品上市周期压力日趋严重,使得FPGA在很多领域将成为ASIC的替代品,FPGA的发展趋势(4),SOPC时代已经到来 SOPC:System-On-a-Programble-Chip IP Core的不断丰富和完善奠定了SOPC的基础 先进的百万门级FPGA开发工具是SOPC的主要平台 处理器IP Core解决了SOPC的最关键问题 嵌入式领域关注问题的差别 国外:芯片级嵌入SOC、SOPC设计 国内:芯片在板级
4、的嵌入传统的嵌入式设计方法 (*引自“美国嵌入式采访活动纪要”王莹),SOPC概述(1),SOPC的双重含义: 可编程片上系统(SOPC)是一种特殊的嵌入式微处理器系统 首先,它是片上系统(SOC),即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能; 其次,它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件在系统可编程的功能。,SOPC概述(2),SOPC的基本特征: 嵌入式处理器IP Core为核心(多处理器) 具有小容量片内高速RAM资源 丰富的IP Core资源可供灵活选择(ASIC) 足够的片上可编程逻辑资源 处理器调试接口和FPGA编程接口共用或并存 可能包含部分可编程模
5、拟电路 单芯片、低功耗、微封装,基于SOPC的嵌入式系统架构,Processor(s),Auxiliary Systems (power, cooling,),Software,数字部分为单芯片FPGA,Why SOPC ?,降低成本 提高系统整体性能 缩短设计迭代周期 降低硬件系统设计风险 极大程度提高设计灵活性 可重构、可升级,基于Xilinx FPGA的SOPC设计,Translate,Map,Place & Route,Xilinx Design Flow,Plan & Budget,HDL RTL Simulation,Synthesize to create netlist,Fun
6、ctional Simulation,Create Bit File,Attain Timing Closure,Timing Simulation,Implement,Create Code/ Schematic,Xilinx: new slide,Xilinx SOPC设计调试工具,SOPC系统设计包括 硬件设计 软件设计 软硬件协同设计 (仿真与调试) Xilinx Platform Studio (XPS) 提供了SOPC工程管理接口的集成开发环境 包含了硬件平台构架、软件开发、布局布线实现、仿真与调试等SOPC设计各个环节所需的所有工具和接口,XPS,Software Design,
7、Hardware Design,Debug,Simulation,XILINX SOPC设计流程,HW-SW Partitioning,HW-SW Co-Verification,XILINX SOPC设计流程(1) 硬件设计流程,HW Development Flow,1. Specify Processor, Bus & Peripherals,2. Automatic Hardware Platform Generation,3. Xilinx Implementation Flow,HW Configuration,Bitstream,Download to FPGA,MHS,Plat
8、Gen,MHS Microprocessor Hardware Specification A template that describes hardware structure PlatGen Uses MHS file to create the hardware platform,Xflow / ProjNav,1. Specify Software Architecture,Executable in on-chip memory,Download to Board,SW Development Flow,Executable in off-chip memory,?,2. Auto
9、matic Software BSP/Library Generation,3. Software Compilation,SW Configuration,Executable,Data2BRAM,Download to FPGA,MSS Microprocessor Software Specification LibGen Customizes libraries, drivers etc. Data2BRAM Update Bitstream with program/data information,MSS,LibGen,GNU (MB&PPC) Diab(PPC) Compiler
10、s,GDB / XMD,Hardware Flow,Bitstream,XILINX SOPC设计流程(2) 软件设计流程,1. Specify Simulation Platform,Simulation Flow,2. Automatic Simulation Platform Generation,3. Simulator,Sim Configuration,MVS,SimGen,Modelsim / Verilog XL,MVS Microprocessor Verification Specification SimGen Simulation Model Generator Gen
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