(基于FPGA的现代数字系统设计)第7章基于FPGA的系统级设计.ppt

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1、第7章基于FPGA的系统级设计技术7.1基于FPGA的嵌入式开发技术7.2MicroBlaze嵌入式处理器7.3嵌入式开发套件EDK7.4在SOPC系统中添加定制外设IPCore7.5XilinxDSP设计平台7.6FIR滤波器设计小结题习实验项目7.1基于FPGA的嵌入式开发技术7.1.1嵌入式系统与SOPC技术嵌入式系统在国内一般被认为是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的构架可分为处理器、存储器、输入/输出(I/O)接口和软件四部分。嵌入式系统的软件一般

2、由嵌入式操作系统和应用软件组成，它们之间的结合十分紧密，不同于PC机上的Windows系统和应用软件；硬件的核心部件是嵌入式处理器，其主要发展方向是小体积、高性能和低功耗，主要类型有嵌入式微处理器(MPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式数字信号处理器(DSP)和嵌入式片上系统(SOC)。目前芯片集成度日益提高，设计复杂度越来越大，设计和验证技术的发展明显落后于集成电路制造技术，已经成为SOC设计面临的一个重大问题。传统的SOC设计方法采用软、硬件分立设计方法，首先构造硬件子系统部分，然后在己有硬件上进行软件的设计、调试和开发。在深亚微米设计中，硬件开发费

3、用急速增加，而当硬件设计完成后再进行软件调试时，如果发现了硬件系统设计的错误，纠正错误则要付出人力、物力、财力等方面高昂的代价，系统研发周期变长，成本增加，市场风险增大。软、硬件协同设计成为解决这一问题的关键技术之一。随着平台级FPGA产品的出现和EDA设计工具软件的不断发展，利用现有的FPGA和EDA工具，人们也可以很方便地在FPGA中嵌入RISC(ReducedInstructionSetComputer，精简指令集)处理器内核、DSP算法、存储器、专用ASIC模块、其它数字IPCore以及用户定制逻辑等，构建成一个可编程的片上系统(SOPC)，把原来需

4、要在PCB上采用处理器、DSP、若干ASIC芯片才能实现的功能全都集成到了单片FPGA上，如图7.1所示。图7.1基于FPGA的嵌入式系统SOPC设计建立在平台设计的基础之上，采用系统级软硬件协同设计方法，在系统级上探析不同的设计方案，如软硬件划分、总线和处理器负载平衡、可编程资源分配，通过在系统级上比较不同实现结构的选择对产品性能的影响，从而进行设计的权衡，使得在物理实现之前就可以进行有效的分析和结构的优化，大大提高系统的可预测性，加速系统的研发速度，提高系统的设计效率，减少设计迭代的次数，降低设计风险，增强系统的竞争力。SOPC软硬件协同技术包括基于平台

5、的SOPC的系统建模、软件与硬件的划分、由建模系统到软硬件的映射即软硬件协同综合技术、软硬件协同调度、可验证设计、并行计算技术以及协同仿真和集成，这些技术不仅推动了SOPC的应用，而且促进了SOPC平台的发展。平台是软、硬IP模块及片上通信结构的结合体，一般还包括嵌入式CPU、实时操作系统、外围接口模块、中间件等。基于平台的设计PBD(Platform-BasedDesign)方法是近几年提出的SOC软硬件协同设计新方法，是基于块的设计BBD(Block-Baseddesign)方法的延伸。它扩展了设计重用的理念，强调系统级复用，包含了时序驱动的设计和BBD

6、的各种技术，支持软硬件协同设计，提供系统级的算法和结构分析。PBD方法是一种面对集成、强调系统级重用的设计方法，此方法在平台的基础上开发复杂的产品，目标是降低开发风险和代价，缩短产品的上市时间。PBD方法具有开发周期短、重用效率高以及设计质量好等优点，不仅能实现最大化的设计复用，而且为软硬件协同设计提供了极大的便利。基于平台的SOPC设计方法扩展了芯核设计方法，简化了SOC设计过程，无需实现新的芯片即可快速获得片上系统。平台建立在集成IPCore的基础上，通常是针对某一特定应用领域而设计的，一个结构良好的SOPC平台系统可以有效实现IPCore复用，缩短SO

7、C开发周期，同时降低研发风险。SOPC将微处理器、DSP、可编程逻辑等组合形成平台系统，从而消除设计中的差异，硬件可编程性好，容易升级和扩展，受到越来越多的关注。　　半导体业界认为将整个系统整合到单一模型之中时，平台设计为设计重点之一，而其研发关键在于平台必须可以区分差异性的元素，包括先进的系统模型和验证环境。随着设计项目复杂程度的提高，系统级设计语言的整合趋势可以大大提高设计效率，从而为从事EDA设计的企业带来益处。现已证明，基于C语言的系统级设计语言不仅可以提高生产效率，而且也是对Verilog流程的补充。目前VHDL和VerilogHDL是中国的主流

8、设计语言。然而，随着IC复杂度的不断提高，从更高层次