手機IP模塊方案集成Bluetooth

　設有Bluetooth功能的SoC設計通常是由幾個高度復雜分系統(tǒng)組成的。每個分系統(tǒng)兼?zhèn)溆杏布M件和軟件組件兩個方面，總體設計環(huán)境中實現(xiàn)專用功能。理想地，這些分系統(tǒng)應這樣設計，其硬件和軟件兩者邊界的定義是十分清晰的，讓各個獨立功能得到充分的驗證，便于集成到SoC設計中。這些分系統(tǒng)的商品化IP產(chǎn)品已在進行中。

　　模塊化IP結構充分考慮了硬件/軟件設計、軟件應用設計、以及快速原型的需要，因而便于集成和系統(tǒng)的驗證。本文以現(xiàn)成的無線SoC設計(如GSM手機)中增加一個復雜的無線功能，即Bluetooth功能的實例來說明這一原理。Bluetooth實例充分體現(xiàn)確切地定義了硬件與軟件接口模塊化協(xié)議的優(yōu)勢，帶來了諸多靈活性，且可優(yōu)化每個組件的成本和功率。

　　SoC選擇

　　目前，市場上有兩類產(chǎn)品;單片IC器件和IP內核，它們在即插即用上是等效的。SoC設計者也有兩種選擇，或連接一個外部IC;或為了降低總系統(tǒng)成本，采用IP內核將Bluetooth功能歸入片內。

　　Synopsys Designware Blue IQ 是一個可合成的Bluetooth內核，通過標準4線UART(H4)接口連接至主CPU，例如ARM9嵌入式微處理器，管理上層Bluetooth協(xié)議載，另一方面，Bluetooth IP內核通過通用 14引腳“Bluetooth RF”接口連接至RF器件，例如Silicon Wave。

　　Bluetooth功能在Bluetooth IP內核是完全自給自足的，它的內部基帶處理器可以主CPU處下載全部實時Bluetooth 工作程序。對SoC軟件組，這類體系結構確保Bluetooth 不會干擾與手機其余部分相關聯(lián)的任何定時關鍵的軟件，從而簡化了Bluetooth 功能的集成。

　　硬件手機

　　在 ASIC組和軟件組在各自的環(huán)境中開發(fā)后，最終的硬件和軟件映象由樣機組傳送至FPGA樣機平臺，在此平臺上整合SoC總體設計。有了完全包含在樣機平臺硬件的完整手機，在設計用磁帶輸出公布前，樣機組使用各種傳統(tǒng)的硬件與軟件糾錯工具來完善并驗證SoC。

　　設計潮流向著IP形式的高度模塊化和高度自給自足分系統(tǒng)發(fā)展，這種Bluetooth IP和軟件模塊體系結構正處于潮流的前沿。隨著SoC設計規(guī)模的日益擴大并開始匯集性能各異又高度復雜的功能，IP公司要對集成進行全方位的預測。他們在規(guī)劃產(chǎn)品的體系結構和封裝時，要考慮用戶易于集成，減少風險的要求，只有IP提供商充分了解ASIC設計組的要求，同時也了解軟件開發(fā)者的要求以及設計硬件和軟件兩者樣機的要求，IP用戶才能真正領略采用商品化Bluetooth IP產(chǎn)品的好處。

　　圖1是2.5G手機(GSH/GRPS/EDGE)的方框圖。

　　
2.5G手機(GSH/GRPS/EDGE)的方框圖

　　一條AMBA總線構成了SoC的骨架，它由高速AHB(高級硬件總線)段和低速APB(高級外設總線)段組成。連接在AMBA結構上有蜂窩分系統(tǒng)以及 RTOS用和控制手機上各種按鍵和顯示屏用低速外設。一個GPS單元也連接在APB上，為手機提供符合新E911/E112要求的位置信息。Bluetooth分系統(tǒng)則是將Bluetooth IP內核連接在APB UART 外設添加到SoC設計的，并由主CPU的Bluetooth 協(xié)議棧軟件進行控制。

　　從硬件集成觀點，附加Bluetooth分系統(tǒng)就象手機設計增加一個UART一樣簡單。從軟件集成透視，同樣十分簡單。Bluetooth規(guī)范清晰地定義了協(xié)議棧上級與下級之間的邊界。定時關鍵軟件程序放置在棧的下層，靠近硬件并遠離應用層。上層和下層通過確切定義的API連接的，HCI(主控制器接口)不僅定義了棧上層和下層之間的協(xié)議，而且也定義了諸如 UART、RS-323和USB各種標準物理傳輸協(xié)議。這種模塊化硬件與軟件方案給SoC設計組帶來了顯著的即插即用好處。

　　圖2表示典型的 SoC設計組，

　　
典型的 SoC設計組

　　它由下屬三個小組組成，分別承擔不同的工作。 ASIC組負責硬件的實施，在UNIX工作平臺上使用各類工具來生成制作SoC 的最終GDSII文件。軟件組負責在SoC上運行的軟件的實施。設計樣機組使用FPGA樣機平臺(如ARM集成開發(fā)系統(tǒng))將硬件和軟件整合在一起，以便在最終GDSII向代工廠發(fā)布前驗證SoC的功能。

　　ASIC組向設計樣機組提供手機設計的FPGA文件，在此實例，包括要增加的Bluetooth分系統(tǒng)文件。ASIE組將Bluetooth IP內核配置在手機設計用系統(tǒng)結構(例如語音通道的數(shù)量和支持的服務)中，并生成可以下載到Bluetooth開發(fā)工具(如：DesignWare BlueIQ Development Kit)的FPGA文件。

　　在軟件開發(fā)早期階段，ASIC組將Bluetooth RTL代碼集成在ASIC設計中，進行合成和模擬，確保它能正確地連接。

　　套裝工具確保設計成功

　　在開發(fā)階段的早期，軟件組的絕大部分工作是在PC上完成的。如圖2所示，軟件組的工程師們將Bluetooth開發(fā)套裝工具連接至PC的串口，在臺式機上精確地執(zhí)行可設置在最終SoC上的 Bluetooth分系統(tǒng)。該分系統(tǒng)需用到Bluetooth協(xié)議棧的上層，以及創(chuàng)建啟用手機Bluetooth功能應用軟件所必需的應用配置文件。

　　Mezoe InteRFace Express工具套件是一套實施Bluetooth配置文件的軟件，這一PC基工具可用來生成工作框架應用軟件，任意地組合各類Bluetooth配置文件。得到的軟件奠定了最終嵌入式SoC應用的基礎，讓軟件工程師在PC上充分地設計嵌入式Bluetooth應用的樣機，相對SoC 設計是獨立地進行的，當設計完成并糾錯后，它能重新定位到主CPU并下載到FPGA樣機平臺。