使用IP核和開源庫減少FPGA設(shè)計周期

FPGA 開發(fā)的目標(biāo)是按時、按質(zhì)交付項目。

然而，這一目標(biāo)說起來簡單，實現(xiàn)起來老費(fèi)勁了。根據(jù)業(yè)內(nèi)最廣泛的調(diào)查之一，西門子威爾遜集團(tuán) 2022 年的調(diào)查（https://blogs.sw.siemens.com/verificationhorizons/2022/10/10/prologue-the-2022-wilson-research-group-functional-verification-study/），70% 的 FPGA 項目落后于計劃，12% 的項目落后計劃 50% 以上。

為此，很多FPGA廠商都在自己EDA工具里嵌入IP減少FPGA項目的開發(fā)周期，使用 IP 是一種有助于實現(xiàn)按時、高質(zhì)量且經(jīng)濟(jì)高效的項目交付的方法。

我們現(xiàn)在處于一個比較好的時期，例如，Vivado 2024.1 提供了 681 個 IP，使用這些IP可以快速的搭建FPGA系統(tǒng)，比如XDMA IP可以快速搭建基于PCIe的應(yīng)用。當(dāng)然，這些 IP 核的適用性取決于目標(biāo)設(shè)備系列和設(shè)備的所需功能。

利用這些 IP 模塊可以加快開發(fā)速度，并通過利用經(jīng)過驗證的組件降低技術(shù)風(fēng)險。此外，這些 IP 核通常附帶示例和測試平臺，這有助于我們了解它們的操作和用法。

然而，這些IP并不能提供我們設(shè)計中需要的所有功能。在這種情況下，我們可能需要開發(fā)定制解決方案、購買第三方 IP 或使用開源IP庫。

接下來，我們介紹幾個高質(zhì)量開源庫來支持我們的設(shè)計：

FPGA_Library

https://github.com/suisuisi/FPGA_Library

該庫包含諸多IP，包括圖像處理、數(shù)字信號處理、接口等。

Open Logic

https://github.com/open-logic/open-logic

這個開源 VHDL 庫提供了各種專注于 IP 外設(shè)創(chuàng)建的 IP 核。它提供了用于CDC、內(nèi)存、FIFO、仲裁器、時分復(fù)用和其他功能（如 PRBS、延遲和桶形移位器）的模塊。對于 AXI 支持，Open Logic 包括 AXI 主設(shè)備、從設(shè)備和流水線。它還提供用于 UART、SPI、I2C 等的接口 IP，使其成為 AXI 端點的寶貴資源。

HDL 模塊

https://hdl-modules.com/index.html

該庫提供一系列 AXI IP，包括interconnects 和 crossbars，以及 FIFO 等基本基礎(chǔ)設(shè)施。為了支持仿真，HDL 模塊還包括總線功能模型和通用組件，例如環(huán)形緩沖區(qū)、LFSR、數(shù)學(xué)函數(shù)和正弦發(fā)生器。通過閱讀文檔可以很好地了解它。

SURF（SLAC 終極 RTL 框架）：

https://github.com/slaclab/surf

SURF 提供 AXI、以太網(wǎng)和設(shè)備庫。設(shè)備庫特別有用，帶有 ADC 和 DAC 等外圍設(shè)備的驅(qū)動程序。SURF 使用 CocoTB 和 GHDL 進(jìn)行驗證，使流程變得簡單。

PSI Lib

https://github.com/paulscherrerinstitute/psi_fpga_all

由 Paul Scherrer 研究所開發(fā)，該庫提供內(nèi)存、FIFO、跨時鐘域、時分復(fù)用、AXI 接口和其他常見模塊的 IP 模塊。

PoC Lib（Pile of Cores）

https://github.com/VLSI-EDA/PoC

由Technical University of Dresden大學(xué)提供，PoC 專注于內(nèi)存、FIFO 和 I/O 控制器。它利用了 CocoTB、OSVVM、UVVM 和 VUnit 進(jìn)行驗證。

以上這些只是一些常用的庫，可以結(jié)合之前推薦的開源庫一起使用：

這些開源庫可以幫助開發(fā)解決方案，而無需從頭開始。其中許多庫與 Vivado 完美集成，簡化了它們的使用。

當(dāng)然，這些庫并不權(quán)威，需要結(jié)合使用場景進(jìn)行修改和優(yōu)化。

最后要注意的是：使用這些開源庫時，請確保閱讀、理解并遵守其開源許可證，以避免潛在的麻煩。