龍芯處理器IP核的FPGA驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文利用Altera公司的FPGA開(kāi)發(fā)工具對(duì)皋于國(guó)產(chǎn)龍芯I號(hào)處理器IP核的SoC芯片進(jìn)行ASIC流片前的系統(tǒng)驗(yàn)證，全實(shí)時(shí)方式運(yùn)行協(xié)同設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的硬件代碼和軟件代碼，構(gòu)建一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行、可現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的驗(yàn)證平臺(tái)。

　　1、基于龍芯I號(hào)處理器IP核SoC芯片

龍芯I號(hào)CPU IP核是兼顧通用及嵌人CPU特點(diǎn)的32位處理器內(nèi)核，采用類MIPS Ⅲ指令集，具有7級(jí)流水線、32位整數(shù)單元和64位浮點(diǎn)單元；具有高度靈活的可配置性，方便集成的各種標(biāo)準(zhǔn)接口。圖1為龍芯I號(hào)CPU IP核可配置結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇配置，從而定制出最適合用戶應(yīng)用的處理器結(jié)構(gòu)。

圖1龍芯I號(hào)CPU IP核可配置結(jié)構(gòu)

主要的可配置模塊包括：浮點(diǎn)部件、多媒體部件、內(nèi)存管理、Cache、協(xié)處理器接口。浮點(diǎn)部件完全兼容MIPS的浮點(diǎn)指令集合，其相關(guān)的系統(tǒng)軟件完全符合ANSI／IEEE 754－1985二進(jìn)制浮點(diǎn)運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)。浮點(diǎn)部件主要包括浮點(diǎn)ALU部件和浮點(diǎn)乘法／除法部件，用戶可根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用選擇是否添加。媒體部件復(fù)用了MIPS浮點(diǎn)指令的Format域，并復(fù)用了浮點(diǎn)寄存器堆，媒體指令集基本對(duì)應(yīng)了Intel SSE媒體指令集合的各種操作。圖2為基于龍芯I號(hào)CPU IP核的SoC系統(tǒng)架構(gòu)。

圖2 SoC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該SoC芯片支持通用MIPS32指令集，主頻可達(dá)266 MHz；內(nèi)置MAC網(wǎng)絡(luò)，提供MII接口；存儲(chǔ)器接口，芯片同時(shí)支持SDRAM接口、NOR Flash／ROM和＼AND Flash接口，并特置HPI接口可直接與Y0IP CODEC芯片相連；提供豐富的其他外設(shè)接凵支持，包括PC接口、UART串口、SP！接口、AC97等接口設(shè)備。提供豐富的GP10接口，能夠?yàn)?ldquo;網(wǎng)絡(luò)＋語(yǔ)音”以及工業(yè)控制應(yīng)用提供高效的單芯片解決方案。

　　2 FPGA驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2．1 FPGA的開(kāi)發(fā)流程

FPGA的典型開(kāi)發(fā)流程如圖3所示。在圖3中，邏輯仿真器主要有Modelsim、Verilog_XL等，邏輯綜合器主要有LeonardoSpectrum、Synplify Pro、FPGA Ex～press／FPGA CompilerII等，F(xiàn)PGA廠家工具有Altera公司的Max＋Plusll、Quartusll，Xilinx公司的Foundation ISE、Alliance等。設(shè)計(jì)輸人主要有原理圖輸人和HDL輸人兩種方式，絕大部分設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA和ASIC的工程師都使用HDL平臺(tái)。設(shè)計(jì)仿真主要包括功能仿真和網(wǎng)表仿真，設(shè)汁仿真需要RTL代碼或綜合后的HDL網(wǎng)表和驗(yàn)證程序，有時(shí)候還需要測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試數(shù)據(jù)可能是代碼編譯后的二進(jìn)制文件或使用專門的工具采集的數(shù)據(jù)。布局布線工具利用綜合生成的網(wǎng)表、調(diào)用模塊的網(wǎng)表，根據(jù)布局布線目標(biāo)，把設(shè)計(jì)翻譯成原始的目標(biāo)工藝，最后得到生成編程比特流所需的數(shù)據(jù)文件。布局布線一般需要的輸人輸出與調(diào)用關(guān)系如圖4所示。布局布線目標(biāo)包括所使用的FPGA具體型號(hào)等，約束條件包括管腳位置、管腳電平邏輯（LVTIL、LCMOS等）需要達(dá)到的時(shí)鐘頻率，有時(shí)包括部分模塊的布局、塊RAM的位置等。在一般設(shè)計(jì)中，只需要注意管腳位置和需要達(dá)到的時(shí)鐘頻率，邏輯端口與FPGA管腳的對(duì)應(yīng)取決于PCB板的設(shè)計(jì)。