AMBA息線(xiàn)SOC系統IP核的即插即用研究

引 言
SoC設計的快速發(fā)展是以IP核復用為基礎的。IP核的復用極大地提高了SoC系統設計的開(kāi)發(fā)效率，SoC 片上總線(xiàn)的選擇是IP核間集成與互連的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前片上總線(xiàn)的標準協(xié)議眾多，如ARM公司提出的AMBA總線(xiàn)、OPEN CORES組織提出的WishBone總線(xiàn)、IBM公司提出的CoreConnect總線(xiàn)等。SoC片上總線(xiàn)的多樣性對IP核的封裝規范提出了要求。標準的IP核封裝規范有助于提高IP核的復用甚至實(shí)現核的即插即用?；谔岣逫P核復用以及即插即用目的，OCP-IP組織提出了OCP-IP標準。

1 OCP-lP標準介紹
1．1 OCP協(xié)議
OCP(Open Core Protoco1)標準是OCP-IP組織制定的一種以提高IP核的復用及實(shí)現IP核的即插即用為目的的IP核標準。SoC芯片設計不再是門(mén)級的設計，而是IP核復用及其接口的設計。IP核要集成到一個(gè)SoC系統中，要考慮很多問(wèn)題，例如：模塊間的同步，如全局執行、數據交換的同步操作等；協(xié)議轉換匹配，不同IP核模塊間可能使用不同的協(xié)議，這樣必須考慮協(xié)議轉換的問(wèn)題。這些問(wèn)題給IP復用帶來(lái)了一定的難度，并使SoC芯片的time-to-market (上市時(shí)間)延長(cháng)。為解決這些問(wèn)題，一些大公司提出了自己的總線(xiàn)接口標準，如ARM的AMBA總線(xiàn)、IBM的CoreConnect總線(xiàn)、Altera的 Avalon總線(xiàn)等。因為核的多樣性，使用完全相同的總線(xiàn)接口是不現實(shí)的。這就意味著(zhù)，如果總線(xiàn)A上的一個(gè)IP核要移植到另一系統的總線(xiàn)B上，就需要更改此IP的接口以及數據交換的方式。如果設計者不了解總線(xiàn)B的數據交換協(xié)議，這樣就對SoC系統的開(kāi)發(fā)帶來(lái)一系列困難。OCP-IP正是針對這些問(wèn)題提出的。OCP協(xié)議是免費的，獨立于具體的總線(xiàn)。它將軟件中的分層概念應用到IP核接口，提供一種具有通用結構定義、可擴展的接口協(xié)議，能完全滿(mǎn)足IP內核通信機制的所有要求，方便了IP核與系統的集成。
OCP協(xié)議使IP核的功能與系統的接口無(wú)關(guān)，設計人員不需要了解IP核的功能也能利用它進(jìn)行系統設計。OCP接口允許設計者根據不同的目的配置接口，包括接口的數據寬度、交換的握手協(xié)議等，并且在SoC設計中可以裁剪核的功能，降低設計復雜性，減小面積，同時(shí)滿(mǎn)足SoC的要求；OCP接口還保持核在集成到系統的過(guò)程中完全不被改變(即在總線(xiàn)寬度、總線(xiàn)頻率或電氣負載有變化時(shí)核保持不變)。使用OCP接口的設計可以交付即插即用的模塊，同時(shí)支持核的開(kāi)發(fā)與系統設計并行，節省設計時(shí)間。
OCP采用套接口(socket)的方法實(shí)現IP核的即插即用，如圖1所示。Target Bus A表示總線(xiàn)A，Target Bus B表示總線(xiàn)B。不論總線(xiàn)A或者總線(xiàn)B是哪一類(lèi)總線(xiàn)協(xié)議，只要總線(xiàn)上提供了OCP的接口，那么符合OCP協(xié)議的IP核就可以隨意集成到任意總線(xiàn)上去，不需要重新設計IP核的接口。

1．2 OCP通信方式
OCP協(xié)議定義了兩個(gè)通信實(shí)體問(wèn)點(diǎn)到點(diǎn)的接口。其中一個(gè)實(shí)體作為通信的主體(Master)，另一個(gè)作為從體(Slave)。只有Master可以發(fā)命令，Slave響應Master的命令，接收或發(fā)送數據。封裝接口模塊必須擔當每個(gè)連接實(shí)體的對應端，當連接實(shí)體是Master時(shí)，封裝接口模塊就作為對應的Slave；當連接實(shí)體是Slave時(shí)，封裝接口模塊作Master。
OCP的系統架構如圖2所示。圖中有3個(gè)IP核，其中左邊標有主控的IP核是通信的發(fā)起方或者主控方，稱(chēng)為Master；最右邊標有目標的是通信的目標對象，稱(chēng)為Slave；中間的IP核既可作為Master又可作Slave；下面的框代表OCP-IP封裝接口模塊；從Master出來(lái)并進(jìn)入Slave的箭頭表示OCP請求命令，從Slave出來(lái)并進(jìn)入Master的箭頭表示OCP的響應。2個(gè)IP核通過(guò)接口通信的過(guò)程是：功能為Master的IP核發(fā)出請求命令給對應的Slave端(總線(xiàn)封裝接口模塊)；封裝接口模塊將請求命令轉換成對應的總線(xiàn)命令傳送給接收方的總線(xiàn)封裝模塊；接收方的總線(xiàn)封裝模塊再作為Master，把對應的內部總線(xiàn)傳輸轉換成標準的OCP命令傳送給目標IP核，目標IP核接收到命令并響應命令和返回讀寫(xiě)的數據。