龍芯處理器IP核的FPGA驗證平臺設(shè)計(2)

圖4布局布線的輸入輸出與調(diào)用關(guān)系

2．2驗證平臺的系統(tǒng)設(shè)計

本驗證平臺FPGA采用Altera公司的Cyclone ⅡEP2C70，該器件采用了TSMC領(lǐng)先的90 nm低電介工藝技術(shù)生產(chǎn)⒊支持4個可編程鎖相環(huán)（PLL），提供靈活的時鐘管理和頻率合成能力；包含了150個18×18 bit乘法器，可以完成基本的DSP處理；高速外接存儲器接口支持SRAM、DRAM＼DDR、DDR2以及QDRII SItAM；支持差分和單端I／0標(biāo)準(zhǔn)，包括接收速率805 Mbis和發(fā)送速率640 Mb／s的LVDS、mlnl LVDS、LVPECL、 差分HSTL和差分SSTL及處理器、ASSP和ASIC接口的64位66 MHzPCI和PCI－X；高達260 MHz工作頻率，真正的雙端口工作（1個讀和1個寫，2個讀或2個寫）；與133 MHz Pal_X1.0標(biāo)準(zhǔn)兼容；用戶最多可用引腳622個；高達402.5 MHz性能的分層時鐘網(wǎng)絡(luò)，多達16個全局時鐘線，快速串行配置時間小于100 ms；支持3．3 V、2，5 V或1．8 V多種電壓，可用于視頻、圖像處理（如MPEG4編碼和譯碼、視頻濾波）和無線基礎(chǔ)設(shè)各中?；邶埿綢號CPU IP核的SoC的驗證平臺結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 SoC的FPGA驗證平臺結(jié)構(gòu)

圖5中，外圍電路的主要功能是驗證SoC中各個接口IP模塊能否與龍芯I號IP核、外部接口單元、硬件驅(qū)動軟件和實時操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)高效地工作。由于接口（如USB接口、UART／IrDA接口、SPI和LCD接口等）電路結(jié)構(gòu)比較簡單，且很多資料都有介紹，在設(shè)計時，除了注意通用的設(shè)計規(guī)則和印匍電路板（PCB）布局布線外，沒有特別的要求。同時，為了便于分析各個被驗證的IP模塊在任意時刻的狀態(tài)，將Cyclone Ⅱ EP2C70的大多數(shù)I／0引腳都引出到PCB上，以方便SoC開發(fā)人員使用邏輯分析儀進行信號實時采集和分析，也可讓信號發(fā)生器產(chǎn)生一些特定信號以供系統(tǒng)調(diào)試使用。該開發(fā)系統(tǒng)在設(shè)計PCB時還特別注意了電磁干擾的屏蔽問題。

2．3 SoC到FPGA的系統(tǒng)移植

使用Altera公司的FPGA開發(fā)工具Quartusll，將SoC向Cyclone Π EP2C70（FPGA）移植的步驟如下
（1）對SoC進行修改，以適合FPGA的開發(fā)環(huán)境。修改子模塊配置、RAM、FIFO等，添加PLL對所需要的時鐘進行適當(dāng)?shù)姆郑额l，或提高時鐘信號的質(zhì)量。
（2）使用Quartusll內(nèi)置綜合工具或?qū)Ｓ镁C合工具（如常見的Synplify．_pro）單獨建Project，對RTL進行綜合，生成網(wǎng)表。時鐘工作頻率較高的，要寫綜合約束條件。
（3）指定每一個輸人輸出信號對應(yīng)的FPGA管腳和輸人輸出邏輯類型。
（4）編譯生成的網(wǎng)表以生成sof文件，包括優(yōu)化、適配、sof文件生成等分步驟。
（5）進行靜態(tài)時序分析，檢查是否滿足預(yù)定的時鐘頻率要求，若不能滿足，則重新進行第（2）步。如果多次進行步驟（2）仍不能滿足時序要求，則需要根據(jù)關(guān)鍵路徑對RTL代碼進行修改。

關(guān)鍵路徑是指延遲最大的路徑，該路徑的延遲限制了時鐘的最大工作頻率。該SoC芯片的最大工作頻率在266 MHz以上，與選用的FPGA Cyclone Ⅱ EP2C70的總線時鐘速度相當(dāng)。

　　3、 VxWorks實時操作系統(tǒng)

本文所設(shè)計的SoC硬件平臺上，最終將運行Vx－Works操作系統(tǒng)，作為此次嵌入式SoC硬件平臺設(shè)計的軟件需求和最終的驗證目標(biāo)。VxWorks是一個具有可伸縮、可裁減、高可靠性，同時適用于所有流行CPU平臺的實時操作系統(tǒng)㈣。可伸縮性指VxWorks提供了超過1 800個應(yīng)用編程接口（API）供用戶自行選擇使用；可裁減性指用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要對VxWorks進行配置，產(chǎn)生具有不同功能集的操作系統(tǒng)映像；可靠性指VxWorks可以提供非常安全的操作系統(tǒng)平臺。VxWorks的基本構(gòu)成組件包括BSP（Board Support Package）、微內(nèi)核Wind、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)及I／0系統(tǒng)。本文測試更關(guān)注于BSP、Wind以及I／O組件。BSP中包括硬件環(huán)境中CPU的初始化及系統(tǒng)各項硬件資源的安裝和配置，如RAM、Clock、網(wǎng)絡(luò)接口、中斷控制器等。微內(nèi)核Wind是Win￣dRiver公司自行開發(fā)的一種嵌人式操作系統(tǒng)內(nèi)核，該內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)的嵌人式實時操作系統(tǒng)的基本特征。