soc設(shè)計(jì)中ip復(fù)用和驗(yàn)證策略new

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1、http://www.paper.edu.cnSoC設(shè)計(jì)中IP復(fù)用和驗(yàn)證策略吳曉星上海交通大學(xué)微電子學(xué)院，上海（200240）E-mail：xiaoxing.wu@163.com摘要：在IC設(shè)計(jì)中，IP內(nèi)核復(fù)用可以有效地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期并降低成本，了解IP內(nèi)核的應(yīng)用現(xiàn)狀以及當(dāng)前IP產(chǎn)業(yè)的幾個主要組織及相關(guān)的工作情況與當(dāng)前國際IP產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀將有助于中國IP產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。在SoC中進(jìn)行IP復(fù)用可獲得更高的生產(chǎn)力，但通常要經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)和糾錯才能成功地將IP集成到SoC中。關(guān)鍵詞：SoC；IP復(fù)用；IP內(nèi)核1.引言SoC

2、已成為IC工業(yè)的主流，其關(guān)鍵所在是對IP或cores的復(fù)用設(shè)計(jì)。IP技術(shù)的變遷對整個工業(yè)的商業(yè)發(fā)展模式，機(jī)會和風(fēng)險的影響都是巨大的。生產(chǎn)工藝的能力正在以每年增加58%的速度增長著，而CAD工具的增長為23%,這中間的差距使得CAD工具成為SoC時代的瓶頸。投入市場的時間對于IC工業(yè)飛速發(fā)展是至關(guān)重要的。由于其門數(shù)和管腳數(shù)都是巨大的，SoC芯片非常之復(fù)雜，芯片包含了存儲器，模擬電路，膠連邏輯以及應(yīng)用軟件，IP模塊的再使用設(shè)計(jì)方法學(xué)成為SoC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。IP內(nèi)核是滿足特定規(guī)范，并能在設(shè)計(jì)中復(fù)用的功能模塊。根據(jù)功能不同，

3、內(nèi)核可進(jìn)行參數(shù)化，也可不進(jìn)行，但內(nèi)核供應(yīng)商必須提供相關(guān)的文檔以及內(nèi)核功能驗(yàn)證方法。令人遺憾的是，目前還沒有業(yè)界普遍接受的規(guī)范，不同公司的IP內(nèi)核需要滿足的規(guī)范也不盡相同，[1]這是很難在設(shè)計(jì)中融合不同廠商所提供內(nèi)核的一個主要原因。典型90納米SoC設(shè)計(jì)如今成本已接近2500萬美元。70%的費(fèi)用將耗費(fèi)在驗(yàn)證方面，不僅僅是功能驗(yàn)證，而是所有方面的驗(yàn)證。當(dāng)今減少總體成本唯一有效的方法是設(shè)計(jì)復(fù)用。問題就變成了如何驗(yàn)證所需復(fù)用的IP。2.IP內(nèi)核的三種類型IP內(nèi)核可以在不同的硬件描述級實(shí)現(xiàn)，由此產(chǎn)生了三類IP內(nèi)核：軟核、固核

4、和硬核。[2]這種分類主要依據(jù)產(chǎn)品交付的方式，而這三種IP內(nèi)核實(shí)現(xiàn)方法也各具特色。軟核通常以可綜合的HDL提供，因此具有較高的靈活性，并與具體的實(shí)現(xiàn)工藝無關(guān)，其主要缺點(diǎn)是缺乏對時序、面積和功耗的預(yù)見性。由于軟核是以源代碼的形式提供，盡管源代碼可以采用加密方法，但其知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題不容忽視。硬核則以經(jīng)過完全的布局布線的網(wǎng)表形式提供，這種硬核既具有可預(yù)見性，同時還可以針對特定工藝或購買商進(jìn)行功耗和尺寸上的優(yōu)化。盡管硬核由于缺乏靈活性而可移植性差，但由于無須提供寄存器轉(zhuǎn)移級(RTL)文件，因而更易于實(shí)現(xiàn)IP保護(hù)。硬IP的

5、功能、密度和速度都可預(yù)測，而且很容易集成到新的SoC中。固核則是軟核和硬核的折衷。大多數(shù)應(yīng)用于FPGA的IP內(nèi)核均為軟核，軟核有助于用戶調(diào)節(jié)參數(shù)并增強(qiáng)可復(fù)用性。軟核通常以加密形式提供，這樣實(shí)際的RTL對用戶是不可見的，但布局和布線靈活。在這些加密的軟核中，如果對內(nèi)核進(jìn)行了參數(shù)化，那么用戶就可通過頭文件或圖形用戶接口(GUI)方便地對參數(shù)進(jìn)行操作。對于那些對時序要求嚴(yán)格的內(nèi)核(如PCI接口內(nèi)核)，可預(yù)布線特定信號或分配特定的布線資源，以滿足時序要求。這些內(nèi)核可歸類為固核，由于內(nèi)核是預(yù)先設(shè)計(jì)的代碼模塊，因此這有可能影響

6、包含該內(nèi)核的整體設(shè)計(jì)。-1-http://www.paper.edu.cn由于內(nèi)核的建立、保持時間和握手信號都可能是固定的，因此其它電路的設(shè)計(jì)時都必須考慮與該內(nèi)核進(jìn)行正確地接口。如果內(nèi)核具有固定布局或部分固定的布局，那么這還將影響其它電路的布局。3.IP復(fù)用概念由于芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和產(chǎn)品面市時間對于保證終端市場的成功率至關(guān)重要，設(shè)計(jì)師不斷尋求縮短設(shè)計(jì)周期的方法，以及更有效的設(shè)計(jì)方式。隨著我們步入系統(tǒng)級芯片時代，利用[3]IP內(nèi)核和可編程邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)用顯得日趨重要。IP復(fù)用（IPReuse）是指在集成電路設(shè)計(jì)過程中

7、，通過繼承、共享或購買所需的智力產(chǎn)權(quán)內(nèi)核，然后再利用EDA工具進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和驗(yàn)證，從而加速流片設(shè)計(jì)過程，降低開發(fā)風(fēng)險。IPReuse已逐漸成為現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)的重要手段，在日新月異的各種應(yīng)用需求面前，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)時代正步入一個IP整合的時代。4.存在的問題4.1問題分析SoC設(shè)計(jì)方法的興起必然伴隨IP市場交易的活躍，幾個國際IP交易機(jī)構(gòu)如D&R、VCX近些年在國際市場上都取得了不俗的成績。但就中國而言，IP的市場并不是非常樂觀。國內(nèi)IP交易的不活躍在很大程度上限制了我國SoC的發(fā)展，從而可能最終導(dǎo)致我們錯

8、失這次歷史良機(jī)。影響我國IP發(fā)展的幾個重要因素分成兩個層面，一個是IP交易的業(yè)務(wù)層面，一[4]個是IP復(fù)用的技術(shù)層面。IP交易中的業(yè)務(wù)問題。IP的費(fèi)用太高，被認(rèn)為是制約IP使用的最主要障礙；IP的質(zhì)量難以評估；很難找到合適的IP。IP復(fù)用中的技術(shù)問題。系統(tǒng)驗(yàn)證困難；IP整合困難；IP交付文件不完整。4.2問題總結(jié)我國IP/SoC產(chǎn)業(yè)的問題可以分成兩個大的層面