开放核协议——IP核在SoC设计中的接口技术

　　引言

　　随着半导体技术的发展,深亚微米工艺加工技术允许开发上百万门级的单芯片，已能够将系统级设计集成到单个芯片中即实现片上系统SoC。IP核的复用是SoC设计的关键，但困难在于缺乏IP核与系统的接口标准，因此，开发统一的IP核接口标准对提高IP核的复用意义重大。本文简单介绍IP核概念，然后从接口标准的角度讨论在SoC设计中提高IP核的复用度，从而简化系统设计和验证的方法，主要讨论OCP(开放核协议)。

　　OCP简介

　　基于IP核复用技术的SoC设计使芯片的设计从以硬件为中心转向以软件为中心，芯片设计不再是门级的设计，而是IP核和接口及其复用设计。IP核集成到系统所要考虑的问题包括：同步，例如全局执行、数据交换和协议方面的同步操作;协议转换，不同模块间不兼容的协议的转换，封装可用来解决这个问题，但需要考虑时序约束;I/O缓存，为满足系统行为和时序约束可能需要缓存数据。

　　另外，出于对核设计的保护会故意隐藏一些信息，而这些信息在集成时可能需要。为解决这些问题需要一个好的接口标准，一些大公司现在已有自己的IP核接口标准，比如Altera的Avalon，Atlantic、IBM的CoreConnect、ARM的AMBA等。因为核的多样性，使用完全相同的接口是不现实的，OCP将软件中的分层概念应用到IP核接口，提供一种具有通用结构定义、可扩展的接口协议，方便了IP核与系统的集成。

　　OCP协议使IP核与系统的接口与IP核的功能无关，设计人员不需要了解核内部也能利用它进行系统设计。OCP接口允许设计者根据不同的目的配置接口，包括接口的数据宽度、交换的握手协议等，在SoC设计中可以裁剪核的功能，降低设计复杂性，减小面积，同时满足SoC的要求;OCP接口还保持核在集成到系统的过程中自身完全不被改变，就是说在总线宽度、总线频率或电气负载有变化时核保持不变。使用OCP接口的设计可以交付即插即用的模块，同时支持核的开发与系统设计并行，节省设计时间。

　　OCP接口运行机制

　　OCP定义两个通信实体间点到点的接口。其中一个实体作为通信的主体(Master)，另一个作为从体(Slave)。只有Master可以发命令，Slave响应Master的命令，接收或发送数据。封装接口模块必须担当每个连接实体的对应端，当连接实体是Master时，封装接口模块就作为对应的Slave;当连接实体是Slave时，封装接口模块作Master。

　　OCP的工作原理如图1所示。图中有三个IP核，其中左边标有Initiator的IP核是通信的发起方，作Master;右边标有Target的是通信的目标方，作Slave;中间的既可作Master又可作Slave;下面的框图代表封装接口模块;从Master出来并进入Slave的箭头表示请求命令，从Slave出来并进入Master的箭头表示响应;加黑的线段代表片上互连总线。两个IP核通过接口通信的过程是：作为Master的 IP核发出请求命令给对应的Slave端(总线封装接口模块);封装接口模块通过片上总线将请求命令(OCP并不指定片上互连总线的工作机制，而是把OCP命令转换成总线上的传送)传送给接收方的总线封装模块;接收方的总线封装模块再作为Master把这种内部总线传输转换成合法的OCP命令传送给目标IP核;其作为Slave方接收命令并执行所要求的操作。