SOPC Builder中用户IP组件的设计

　　随着功能复杂的IP核和可重构的嵌入式处理器软核的出现,SOPC设计已经成为一种重要的设计方案。它的实质是SOC(Systemon Chip)设计技术,与其他SOC设计技术相比,它的特点在于可编程性,也即它利用FPGA或CPLD器件的可编程性来进行SOC设计。

　　SOPC的主要思想是提供一个IP库,用户从IP库中选择组件来组装系统。但很多情况下供应商提供的IP库中的组件不能满足系统需求,这时就需要用户自定义IP组件来实现这些功能。如何把用户IP组件加入到系统中就显得尤为重要。本文首先简单介绍了SOPC技术和用户IP组件的设计方法。然后通过ADC驱动组件的实例,详细介绍了SOPC设计中用户IP组件的实现方法和效果。

　　1　SOPC技术

　　SOPC技术,即可编程SOC技术,其特点表现为可编程性。进行SOPC设计的环境是SOPC Builder,它集成在Altera公司的EDA工具Quartus II中。SOPC Builder有一个友好的图形用户界面,通过这个界面,用户可以从Altera提供的IP库中选取一些组件,如处理器、SDRAM、Flash、各种I/O等,并可通过选择配置相应的参数。SOPC有个尤为重要的功能:在进行SOPC设计时,如果用户有特殊功能要求,但IP库中没有,则用户可以加入自定义的IP组件来实现。

　　在进行SOPC设计时,用户需要先编写任务逻辑及通过SOPC Builder选择组件,然后用SOPC Builder产生所选择的系统组件的HDL源文件以及模拟文件等,之后,用QuartusII编译整个系统,编译成功后,把编译文件下载到开发板上进行验证。

　　2　用户IP核的设计方法

　　SOPC系统的设计基于EDA工具的可编程逻辑器件设计流程,是一个软硬件协同设计的过程,在开发过程所使用的工具包括以下几部分: Quartus II、SOPC Builder及NiosIIIDE。

　　定制用户IP核有两种可行的方法:一种是SOPC Builder提供的元件编辑器在图形用户界面下将用硬件描述语言描述的用户逻辑封装成一个SOPC Builder;另一种是在Altera提供的元件的基础上来修改。

　　一般来说,一个用户IP核由硬软件两部分组成,其中硬件部分(逻辑设计)是设计的主要内容。硬件设计由HDL来描述,包括的功能模块有:任务逻辑、寄存器文件、Avalon接口。如图1所示。

　　软件设计主要由用C/C++编写的头文件以及让程序员控制该元件的软件驱动和功能模块组成。

　　下面简单罗列了一个典型用户IP核的定制步骤:

　　(1)规划元件的硬件功能。

　　(2)在硬件和软件的基础上,定义一个恰当的Avalon接口。

　　(3)使用硬件描述语言来描述硬件逻辑,单独验证元件的硬件功能。

　　(4)写用于描述寄存器的C头文件来为软件定义硬件寄存器影像。