SoC设计链中的可配置IP

1、引言

随着IC的生产成本持续上涨，消费类电子产品制造商不得不努力寻求多种方法以满足价格上升的迫切要求同时提高自身的利润空问。这些方法中至关重要的一点就是采用可配置IP，借助其灵活可变且可重复使用的平台来降低总的生产成本。这就要求一个芯片就能支持多个产品，而且各系列芯片的生产通过一个基础设计就能完成，快速而价廉。使用可配置IP，公司就可以借用自身无法拥有的第三方资源，以最经济实惠的方式获取前沿技术和解决方案。Improv公司从事可配置DSP IP设计已达10年之久，成功地为不同的市场需求提供硅验证解决方案，帮助众多公司确立了技术和上市时间方面的优势。

可配置IP要满足设计师和制造商的需求就必须能够最有效地融人SoC 设计链中。这也就意味着该IP至少应该满足以下几个要求：

1)拥有高效的软件开发方法

2)拥有高效的自动化验证方法

31拥有高效的方法进行快速集成

4)在硬连线的成本和性能方面极具竞争优势

5)提供自动方法进行系列解决方案的配置

2、解决方案

传统解决方案很难满足以上对IP核的众多要求，不过终端厂商可以借助Improv系统公司开发的VLIW架构和包括Jazz DSP平台的工具套件来轻松实现自己的设计。Improv的解决方案采用了VLIW的体系结构，在单一可配置平台上就可实现并行操作。根据所需处理器的吞吐量，并行操作能将时钟频率减小到最低值，这必然也就降低了系统功耗。而软件开发则由功能强大且优化的编译器以及测试分析工具组等手段共同控制。该分析工具能提供系统级、模块级和门级的反馈，从而能使处理器的吞吐量达到最佳状态并减小门和内存的使用率。

以上开发工具都集成在名为"Jazz Composer"的自动硬件配置工具中，在最佳软硬件系统上实现快速设计迭代和停止操作。有了大量的特殊应用核及丰富的多媒体数字信号编解码库作为起始点，设计师就能够快速地选择相对应的预配置解决方案或是针对其特定的项目需求做进一步的自定义设置。这种方式完美地集合了所有的优势，特别是消费市场要求的低功耗、低成本以及商I生能等优点。此外，设计师还能利用我们的完整解决方案实现产品快速上市，因为该方案中已经包括了DSP 固件、自定义处理器、标准化接口和外设支持等。

客户能否获得成功，上述优势发挥着重要的作用，但以下潜在性的技术优势使Improv公司的方案从前几代的DSP IP方案中脱颖而出：

●VLlW处理能力

◎实现高性能／循环和低功耗的并行操作

●编译技术一体系结构映射功能

◎使用高级程序语言快速将应用程序映射人
体系结构中

●验证

◎模块、处理器、应用程序和soc级的自动测
试工作台

◎定向和约束性随机测试

●先进的电源管理

◎空闲模式(静态等待)一休眠模式(防短时脉冲波形干扰，98％时钟关闭)

◎通用功率模式(CPF)，用于连接电源设计／分析工具

●符合不同行业标准的开发工具

◎PFI咨询委员会和SPIRIT联盟成员

3、应用领域

这种方式的优点既迎合了新兴市场，也满足了需求高性能的应用领域，例如电信和消费类市场。

Improv解决方案的内在优势将使这些市场受益匪
浅，并满足他们不同的特殊需求。

●性能

◎我们的解决方案能根据数据流的算法提供高性能运算。

◆图像处理、音频／视频／语音信号处理、加密解密、调制解调以及卫星通信。

◎对比测试结果可以看出我们领先于通用DSP或甚至是一些硬编码的DSP解决方案。

●可编程性

◎软件在使用和支持上的灵活性允许针对项目的标准及自定义的特性进行编程。

◎具有鲁棒性且成熟稳定的软件开发环境及带IP核的工具。

●可配置性

◎设计师可以添加自定义的指令和硬件来
进一步提高性能，降低功耗，增加产品差异化以及扩
展产品应用领域。

●可扩展性

◎可重复使用的软件映射到不同配置的处理器核中，从而创造出低中高端不同档次的产品和产品的不同性能。

4、软件开发

算法设计始于高层次的系统级应用，这对于软件开发学非常重要。软件算法设计可以分解为模块设计，如下文所述，这些模块设计用于后续的开发和优化。

●用于描述应用的结构化模型

●针对特定的"任务"建模

●真实真正的系统级设计范例

●系统级的快速功能验证

●用于映射和优化的自动化工具

●面向对象的可复用软件

●适用于一系列任务的模块化设计

●轻松地和客户产品相对应

●更易将便携性映射到产品系列中

●全部高级语言设计，无需汇编程序

●清晰的并行设计和控制流程

5、SoC集成

为了在系统设计中更有效地利用可配置IP，IP的集成必须尽量简单以减少对性能产生的影响，并应该很容易进行正确性和吞吐量方面的验证。如果IP运用于商业系统，则该IP必须提供与常用的总线结构和外围控制器的接口。对于片上和片外存储的接口而言就更加重要了，因为在典型的数据驱动应用中，媒体和图像处理、设备的性能和功耗等都受控于内存访问的效率。

为了满足这些要求，Improv的Jazz体系结构提供了一系列的集成模块或是iBlock，这样就可以根据具体需求进行选择并将其集成为Jazz处理器配置的一部分。这些模块都是预先设计并通过验证以确保能与常用的总线和存储控制器相结合，从而基本上无需进行重新设计就能很轻松地将IP嵌入到当前的SoC设计中。

主机总线接口(HBI)单元是一个灵活的模块，很多年来一直运用于众多的总线结构中。但是，因为基于ARM的AMBA和AIX总线结构颇受欢迎，所以该HBI单元就专为这种应用进行了高度优化，不需要做任何修改就可稳定可靠地运用于多数的SoC 中。

数字通信接口(DCI)单元同样也能提供一个灵活和具有鲁棒性的接口，以连接常用的内存控制器。同时，该单元也能灵活地运用于其他任何控制器中，所以我们的设计和验证大都致力于面向众多流行的控制器，也就是Denali的Databahn系统。内存控制器和物理实现是商业系统的底层设计中实现时序要求最具难度又最重要的部分。在高清电视和高频宽带卫星通信系统等应用中，这方面的要求愈发重要。在众多的系统验证中，DCI都成功通过了测试，证明了我们在该系统单元设计中花费的时间和精力是有效的，同时为用户构建自己的系统提供了有力的支持。

6、自动配置和验证

一个复杂的可配置IP只有符合Jazz标准并能被授权使用的工具进行综合开发时，它才能得到最有效的利用。通过XML数据库，配置流程将直接自动监测由先进的自测试组件和系统物理设计所需的脚本所产生的结果。Composer工具提供图形拖放窗口进行处理器或平台的配置。 面向任务的软件方法结合了自动配置功能，将软件和硬件的开发流程分离开来以使它们实现并行工作。Com-poser为配置生成了一个XML数据库，生成器就是利用该数据库使下游的设计流程实现自动配置。

JazzPSA Generator是利用为平台自动产生的配置数据转换针对终端FDA工具生成脚本。

7、成本／性能指标

可编程和数据流可配置处理器相对于硬线系统而言是一个非常显著的优势，因为一个设计就能运用于多种不同的应用，而且只需稍加编译和重新配置就可生成一系列特殊应用处理器。但是，如果在性能，功耗或是芯片面积上已经存在巨额管理费用，则该优势还是不太可成为净增益点。

Improv的Jazz系统已经在实际芯片中得到验证，同时也得到一些独立的基准测试服务机构的高度评价，他们认为可配置的处理器远比固定可编程设计或是硬连线设计的效率高得多。以下图表就是由：EEMBC组织(http：//www．EEMBCorg)根据其提出的一系列基准，将．Jazz处理器和其他运行电信相关的测试流的商业系统进行比较后的分析结果。该结果显示azz处理器因为出人意料的巨大优势(未经修改)而脱颖而出，若是采用了Jazz体系结构的可配置性，那这个优势就更为突出了。

8、结论

选择可配置IP作为SoC设计链的一部分，已经被证实是提高产出能力的重要资产因素。为了实现提高生产率的期望，可配置IP就必须满足文章中提及的这一系列苛刻的要求，借助Improv系统公司的领先解决方案，工程师可以在成本、性能、功耗、灵活性以及上市时间等多个方面占得先机。