第八章可编程片上系统芯片SOPC.pptx

第八章可编程片上系统芯片SOPC 8.1 SOPC概述 可编程片上系统芯片SOPC（System On a Programmable Chip）是Altera公司于2000年提出的一种灵活高效的SOC解决方案，SOPC利用可编程逻辑技术把整个电子系统集成在一个单片上，是一种特殊的嵌入式系统芯片。与可编程逻辑器件一样，SOPC的设计也仅需完成前端设计，故其设计投入比较少，设计方法灵活，SOPC的系统功能可裁减、易扩充，结合了SOC和CPLD、FPGA的优点。作为一种系统级芯片，SOPC具有低的设计成本和开发风险，从而获得广泛的应用。 SOPC是一种可编程逻辑器件，与普通PLD相比，SOPC具有如下特点：1．至少包含一个嵌入式处理器内核。2．具有一定容量的片内高速RAM。3．具有足够的片上可编程逻辑资源。4。具有处理器调试接口和编程接口。Virtex-II Pro系列 Virtex-4FX系列 Power PC405处理器核 SOPCARM922T处理器核 Excalibur系列 除了嵌入处理器硬核的SOPC之外，基于FPGA的嵌入CPU软核的片上可编程系统的实现方法也得到广泛的应用，这类基于FPGA的嵌入式CPU软核比较常用的是Xilinx公司的8位嵌入式RISC处理器软核PicoBlaze、32位嵌入式RISC处理器软核MicroBlaze和Altera公司的NIOS软核。 Xilinx公司的Virtex系列FPGA（包括VirtexII、Virtex4和Virtex5）和Spartan III（包括Spartan3A、Spartan3E和Spartan3）系列FPGA均支持基于嵌入式CPU软核的SOPC设计实现。 Xilinx 的SOPC概况 Virtex-4FX Virtex-II Pro 2004200390nm深亚微米CMOS工艺 9层铜布线 0.13μm深亚微米CMOS工艺 Power PC405处理器硬核 Power PC405处理器硬核 3.125Gb/s极速双向串行传送器 10Gb/s极速双向串行传送器 Virtex-II FPGA Virtex-4FPGA 2-4个三模式以太网管理器 大量DSP逻辑资源 8.2 Virtex-II系列FPGA的结构和性能 8.2.1 概述Virtex-II系列FPGA是一种大容量、高性能的新一代现场可编程门阵列平台器件。 Virtex-II系列FPGA的主要性能如下：支持IP核设计实现，支持基于8位嵌入式处理器软核PicoBlaze和32位嵌入式处理器软核MicroBlaze的片上系统设计实现。逻辑资源密度：40K-10M PLD门；内部时钟：420MHz； I/O数据传送速率：840Mb/S。 18Kbit的可选RAM模块可构成3M比特双口RAM；最高容量为1.5M比特的分布式RAM资源。 与外部存储器的高性能接口 。高性能算术运算功能，嵌入式18bit×18bit专用乘法器模块，快速超前进位链。 灵活可变的逻辑资源，最多可达93184个带时钟许可的内部寄存器/锁存器； 最多可达93184个查找表LUT（Look-Up-Table）或者可级联16位移位寄存器； 支持宽输入逻辑函数，并且有宽位的多路选择器； 内部三态总线； 支持积项和的水平级联链 ;高性能的时钟管理电路，最多达12个数字时钟管理器DCM（Digital Clock Manager）组件，16个全局时钟多路选择缓冲器。 高性能的输入输出技术 ，最多达1108个用户输入/输出引脚，支持19种单端信号标准和8种双端差分信号标准。支持IEEE 1149.1边界扫描技术和IEEE 1532在系统配置技术。 8.2.2 Virtex-II FPGA的总体结构 8.2.3 Virtex-II系列 FPGA的可构造逻辑模块 Virtex-II的CLB 1. Slice的结构 Virtex-II Slice的逻辑图 2. Virtex-II Slice中的触发器 无置位或复位同步复位或者同步置位同步复位和置位异步复位或异步置位异步复位和置位。3. 分布式RAM 每个函数发生器可以构成16×1的同步RAM资源，这部分RAM资源称为分布式可选择RAM单元。一个CLB中的RAM的构造方式有如下几种：·16×8bit单口RAM，·32×4bit单口RAM，·64 × 2bit单口RAM，·128 × 1bit单口RAM，·16 × 4bit双口RAM，·32 × 2bit双口RAM，·64 × 1bit双口RAM。4. 移位寄存器 Virtex-II FPGA的每个函数发生器，除了可以构造成分布式RAM之外，还可以构造成16位移位寄存器，移位寄存器的写入是同步的，读出可动态进行 ， CLB中的移位链逻辑，可以将CLB中由函数发