為什么說Vivado是基于IP的設(shè)計(jì)？

Vivado是Xilinx公司2012年推出的新一代集成開發(fā)環(huán)境，它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)思想及以IP為核心的設(shè)計(jì)理念，突出IP核在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用。

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什么是IP核

隨著電子設(shè)計(jì)自動化工具功能的不斷增強(qiáng)，以及半導(dǎo)體制造工藝的飛速發(fā)展，所設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)功能越來越復(fù)雜，所要求的設(shè)計(jì)周期越來越短，設(shè)計(jì)可靠性越來越高。對設(shè)計(jì)人員來說，不可能從頭開始進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前普遍采用的方法是，在設(shè)計(jì)中盡可能使用已有的功能模塊。人們把這些現(xiàn)成的模塊通常稱為知識產(chǎn)權(quán)（Intellectual Property，IP）核，也就是IP核。IP核可以理解為一個(gè)個(gè)具有特定功能的電路模塊，通過這些模塊間端口的互聯(lián)完成功能復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

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IP核來源

①IP核可以來自FPGA生產(chǎn)廠商，例如，Vivado設(shè)計(jì)工具中的IP目錄中就提供了豐富的IP核，可以直接使用。

②IP核還可以是第三方IP廠商提供。

③我們也可以將自己設(shè)計(jì)的，經(jīng)過驗(yàn)證的電路模塊封裝成IP核，可以在后期設(shè)計(jì)中重復(fù)使用。

我們自己的設(shè)計(jì)包括：

RTL代碼描述的電路。

HLS高層次綜合工具的設(shè)計(jì)。

Syetem Generator工具生成的工程。

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IP核如何使用

那么我們?nèi)绾卧赩ivado中使用IP核呢？

有兩種方式：

①一種是在RTL工程中，在我們的Verilog設(shè)計(jì)程序中調(diào)用IP核，我們叫做實(shí)例化IP。

△ 實(shí)例化IP

②一種是在IP Integrator中，也就是使用IP集成器創(chuàng)建一個(gè)Block Design，可以將IP核，以圖形化的方式添加到界面中，再通過端口的互聯(lián)，像搭積木一樣完成一些復(fù)雜的設(shè)計(jì)。

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Vivado設(shè)計(jì)輸入

在Vivado中，我們有多種方式來進(jìn)行我們的設(shè)計(jì)輸入。

RTL工程

通常使用的方法是創(chuàng)建RTL工程，使用硬件描述語言編寫代碼。所謂的RTL是Register Transfer Level 的縮寫，也就是寄存器傳輸級。

△ 創(chuàng)建RTL工程

我們在描述一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，可以采用不同的抽象層級，抽象程度從高到低有系統(tǒng)級、算法級，RTL級，邏輯門級，以及開關(guān)級。

RTL級設(shè)計(jì)是描述數(shù)據(jù)信號是如何在寄存器中傳輸和處理的，一般都是通過硬件描述語言實(shí)現(xiàn)的。如，最常使用的Verilog 和VHDL，以及近年來，發(fā)展起來的System Verilog。

System Verilog實(shí)際上是Verilog的超集，可以被看做是Verilog的升級加強(qiáng)版，尤其加強(qiáng)了對設(shè)計(jì)驗(yàn)證的支持，在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證廣泛使用。

IP集成器

另一種方式就是通過IP集成器，可以將IP核添加到圖形化界面中，再通過連線完成設(shè)計(jì)，這里的IP來自于IP目錄中的IP核。

△ 通過IP集成器創(chuàng)建工程

高層次綜合（HLS）工具

Xilinx還推出了Vivado High-Level Synthesis (HLS)高層次綜合工具，用戶可以使用C或C++ 來對FPGA編程，實(shí)現(xiàn)算法開發(fā)，然后通過高級綜合工具直接將C語言轉(zhuǎn)換為硬件描述語言，可以大大加速我們的設(shè)計(jì)，提高開發(fā)效率。HLS會將轉(zhuǎn)換后的RTL代碼封裝成IP，我們可以將其添加到IP 目錄中，在Vivado設(shè)計(jì)輸入時(shí)使用。

System Generator

Vivado還提供了System Generator 工具，該工具是基于MATLAB下的Simulink工具運(yùn)行的。他將Xilinx開發(fā)的一些模塊嵌入到了Simulink中，主要用于數(shù)字信號處理開發(fā)。在Simulink中設(shè)計(jì)完成后，可以生成HDL文件，包括測試文件，能夠加快DSP系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)度。

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基于IP的設(shè)計(jì)

Vivado HLS的輸出結(jié)果也可以導(dǎo)入到System Generator中，以模塊化的方式使用。

Vivado中的IP packaging功能可以將我們的RTL代碼，High Level Symthesis設(shè)計(jì)，System Generator模塊以及IP集成器生成的設(shè)計(jì)封裝成新的IP，放到IP目錄中使用。

所以說，Vivado是基于IP的設(shè)計(jì)。