SOPC設計中自定義IP的開發

1  SOPC技術與IP核
SOPC的主要思想是提供一個IP庫，用戶從IP庫中選擇IP核來組裝系統，因此IP核是SOPC設計的關鍵技術之一。雖然IP核一詞在眾多場合被使用，但它并沒有一個統一的定義。從概念上可以這樣理解它：IP核是指將一些在數字電路中常用但比較復雜的功能塊，如FIR濾波器、SDRAM控制器、UART控制器等設計成可修改參數的模塊，讓其他用戶可以直接調用這些模塊，這樣就大大減輕了工程師的負擔，避免重復勞動，縮短系統開發時間。IP 核設計一般可以有3個來源：EDA廠商提供，用戶自己定義，第三方提供。
 IP核可以分為3類：
(1) 軟核(soft-core)。軟核用硬件描述語言寫成，可以是對設計的算法級描述，或功能級描述，也可以是僅僅用于功能仿真的行為模擬。
(2) 固核(firm-core)。固核在軟核基礎上開發，是一種可綜合的、并帶時序信息及布局布線規劃的設計，用硬件描述語言寫成。
 (3) 硬核(hard-core)。指和特定工藝相聯系的物理版圖,設計的正確性已經投片驗證, 可在新設計中作為特定的功能模塊直接調用。
一般來說，EDA廠商及第三方提供的IP核都是功能上比較通用的，但在進行SOC設計時，用戶經常有特殊需求，這時必須自定義邏輯來實現所要的功能。所以在進行SOC設計時，如何靈活地加入用戶自定義邏輯就顯得尤為重要。
2  基于EDK的SOPC開發技術
進行SOPC系統開發，首先是要選擇的是FPGA平臺、處理器方案以及開發軟件，目前常采用的是由世界上兩大主要的FPGA器件生產廠商所提供的平臺、SOPC方案及相關開發套件：一是Altera公司的FPGA產品，采用Nios處理器軟核或硬核ARM，開發工具由QuartusⅡ和SOPC Builder組成；二是采用Xilinx公司的FPGA，基于Microblaze軟核或Powerpc405硬核，開發工具由ISE和EDK組成。下面就以Xilinx公司的軟件EDK為例介紹SOPC系統的開發過程。EDK有一個友好的圖形用戶界面，通過這個界面，用戶可以從Xilinx提供的IP庫中選取一些組件，如處理器、SDRAM、Flash、各種I/O等，并可通過選擇配置相應的參數。EDK有個尤為重要的功能：在進行SOPC設計時，如果用戶有特殊功能要求，但IP庫中沒有，則用戶可以加入自定義的邏輯來實現，具體的流程如圖1所示。