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1、IP核互连策略及规范日期：220055-3-22来源：211IC中中国电子子网 作者：重庆大大学 陈陈林 王王家兵字体：大大 中 小 摘要：IP核有关标准及IP核互连规范目前正处于一个发展的关键时期，受到了业界的普遍关注。本文就IP核互连采取的策略进行了分析，对目前几种使用较多的IP核互连规范作了介绍。 关键词：片上系统SoC；片上总线（On-Chip Bus）；IP核；互连策略；互连规范1 引 言言随着着超深亚亚微米工工艺的发发展，IIC设计计能力与与工艺能能力极大大提高，采采用SooC（SSysttem on Chiip）将将微处理理器、IIP核、存存储器及及各种接接口集成成在单一一芯片上
2、上，已成成为目前前IC设设计及嵌嵌入式系系统发展展的趋势势和主流流。为减减少设计计风险、缩缩短设计计周期、更更集中于于应用实实现，设设计者越越来越多多的采用用IP核核复用。在在此推动动下，IIP核互互连技术术及片上上总线（OOn-CChipp Buus）得得到迅速速发展，反反过来它它们又对对IP核核的设计计、校验验、重用用及IPP核有关关标准的的制定也也产生了了深远的的影响。2 IP核核互连策策略就IPP核互连连的形式式而言，主主要有共共享总线线、点对对点的连连接及多多总线几几种方式式，带宽宽、时延延、数据据吞吐率率及功耗耗通常是是几个需需主要考考虑的因因素，但但要求与与板级的的互连已已不相同
3、同。共享总线方方式是通通过不同同地址的的解码来来完成不不同主、从从部件的的互连及及总线复复用，这这对多外外设ICC系统设设计而言言，对地地址总线线的扇出出提出了了较高的的要求，同同时过于于复杂的的解码逻逻辑会增增加额外外的时延延。如果果数据主主要集中中在一个个主处理理器与一一个从外外设交换换数据，则则其它的的外设在在此期间间需处于于IDEEL 或或高阻状状态，而而对于多多处理器器设计的的系统，其其他的数数据传输输不能同同时进行行，增加加了时延延及等待待。通过增加总总线的宽宽度、提提高总线线的时钟钟、及采采用多总总线方案案可以解解决带宽宽、时延延问题。但但增加总总线的宽宽度，只只有外围围设备能能
4、在一个个时钟周周期中能能全部占占有这些些总线时时才有效效，否则则总线的的利用率率就不高高，而提提高总线线的时钟钟也会受受到一定定的限制制，同时时会产生生功耗方方面的问问题。一个有效的的办法就就是采用用多总线线方案。多多总线的的方案有有多种实实现形式式，按不不同速率率对总线线分段可可以减少少总线的的竞争并并且提高高总线利利用率；可采用用独立的的读写总总线以进进行同时时的读写写；可提提供多个个并行的的总线，对对主、从从部件间间进行点点对点的的连接，以以实现一一对主、从从部件的的高速互互连；另另外还有有一些有有效的方方式，如如采用分分层总线线构架，采采用交换换矩阵或或互连网网络，来来实现多多个主、从
5、从部件的的同时互互连，等等等。多种总线仲仲裁算法法可以被被采用。采采用循环环占用总总线，实实现最为为简单；另外采采用从部部件仲裁裁（Sllavee-siide arbbitrratiion）的的方案，在在从部件件需要数数据传送送时占有有总线，有有利于提提高总线线的利用用率。对对于流水水线传送送较多的的情况，如如何保证证读写的的流水线线执行以以减少时时延也是是总线仲仲裁考虑虑的一个个重要方方面。下面就目前前一些互互连规范范及它们们采用的的方案作作介绍。3 主要的的IP核核互连规规范目前有较大大影响的的IP核核互连规规范有IIBM的的CorreCoonneect总线、AARM的的AMBBA(AAd
6、vaanceed MMicrrocoontrrolller Buss Arrchiiteccturre)、SSiliicorre CCorpp的Wiishbbonee、开放放核心协协议国际际联合（OOCP-IP）的的OCPP (OOpenn Coore Prootoccol)与虚拟拟插座接接口连盟盟VSIIA(Virrtuaal SSockket Intterffacee Allliaancee)的VVCI（VVirttuall Coompoonennt IInteerfaace）、AAlteera的的Avaalonn总线线，以以及PllamcchIPP的CooreFFramme 、MMIPS
7、S的ECC(tmm) IInteerfaace，Altteraa的Attlannticc(tmm) IInteerfaace、IIDT的的IPBBus(tm) (IIDT Perriphheraal BBus)、SSoniics的的SillicoonBaackpplanne(ttm) uNeetwoork等等等，新新的互连连方案如如基于PPCI的的方案也也在积极极发展中中，下面面就前面面几种予予以介绍绍。3.1 IIBM的的CorreCoonneect总总线CoreCConnnectt总线的的逻辑结结构如下下：22 CCoreeConnnecct采用用了总线线分段的的方式，提提供了三三种基本本
8、类型总总线，即即处理器器内部总总线PLLB(PProccesssor Loccal Buss)、片片上外围围总线OOPB（OOn-CChipp Peerippherral Buss）和设设备控制制总线DDCR（DDeviice Conntrool RRegiisteer）。PPLB提提供了一一个高带带宽、低低延迟、高高性能的的处理器器内部总总线；OOPB则则用于连连接具有有不同的的总线宽宽度及时时序要求求的外设设和内存存；DCCR用来来在CPPU通用用寄存器器与设备备控制寄寄存器之之间传输输数据传传输，以以减少PPLB的的负荷，增增加其带带宽。3.2 AARM的的AMBBA总线线（Addvan
9、ncedd Miicrooconntroolleer BBus Arcchittectturee）AMBA总总线的逻逻辑结构构如下：2同同CorreCoonneect相相似，AAMBAA也采用用分段多多总线体体系，定定义了三三种不同同类型的的总线：AHBB、ASSP和AAPB。AAHB用用于高性性能、高高数据吞吞吐部件件，如CCPU、DDMA、DDSP之之间的互互连，AASP用用来作处处理器与与外设之之间的互互连，AAPB则则为系统统的低速速外部设设备提供供低功耗耗的简易易互连。系系统总线线和外设设总线之之间的桥桥接器提提供AHHB/AASP部部件与AAPB部部件间的的访问代代理与缓缓冲。3.
10、3 Sillicoore的的Wisshboone总总线Wishbbonee逻辑结结构如下下：11 Wiishbbonee采用的的是主/从的构构架，主主、从部部件通过过内连网网络进行行互连。WWishhbonne更着着重了定定义IPP核的接接口信号号和总线线周期标标准以实实现IPP核的重重用，而而对主从从部件互互连的内内连网络络，它只只是定义义了点到到点（ppoinnt-tto-ppoinnt）、数数据流（ddataa fllow）、共共享总线线（shhareed bbus）、交交叉开关关（crrosssbarr swwitcch）四四种不同同形式，需需由用户户来灵活活选择、生生成、扩扩展，用用
11、户还可可用两条条Wisshboone总总线进行行复杂系系统的集集成。3.4 OOCP -IPP的OCCP (Opeen CCoree Prrotoocoll)与VVSIAA的VCCI（VVirttuall Coompoonennt IInteerfaace）OCP 的的IP核核互连结结构图如如下：4 OCPP是基于于定义一一套完整整通用IIP核插插座接口口标准的的互连方方案，通通过定义义IP核核与对应应接口模模块间点点到点的的接口信信号协议议，如数数据信号号、边带带信号和和测试信信号等，来来实现IIP核的的可重用用、即插插即用、认认证及测测试，及及不同IIP核接接口的集集成，点点到点的的接口方
12、方式简单单且可完完成数据据的高速速传输。对对连接各各接口模模块的片片上内连连总线形形式，OOCP未未作定义义，由用用户来扩扩展。 VSIIA同OOCP相相仿，也也通过定定义IPP核的接接口及点点对点的的方式来来实现不不同IPP核的互互连。OOCP对对接口定定义更为为完整，并并且兼容容VSIIA,可可以认为为VSIIA是OOCP的的一个子子集。两两个VCCI通过过总线互互连的逻逻辑结构构示意如如下：10 3.5 AAlteera的的Avaalonn总线Avaloon总线线是Allterra 可可编程片片上系统统SOPPC（ssysttem-on-a-pproggrammmabble chiip）
13、IIP核互互连解决决方案，SSOPCC Buuildder 来完成成整个系系统模块块（包括括Avaalonn）的生生成和集集成。集集成的系系统示意意图如下下： 其其中Avvaloon总线线模块完完成了整整个可编编程系统统片上部部件及外外设之间间互连，包包括了控控制、数数据、地地址信号号及总线线的仲裁裁。Avvaloon总线线模块的的一个逻逻辑示例例如下：3 Avvaloon采用用了开关关结构及及从部件件仲裁方方式提供供多对主主部件的的同时互互连，外外部件与与Avaalonn时钟同同步操作作，使用用非三态态总线，主主、从部部件间多多种带宽宽互连，支支持数据据流传输输。Avvaloon同时时对总线
14、线信号的的定时、主主从部件件传输的的信号作作了定义义以便于于不同IIP核的的集成。4 总结对于SoCC集成而而言，单单一的标标准似乎乎难以对对于不同同的SooC应用用及性能能要求提提供最佳佳的解决决方案。对对于IPP提供者者与集成成设计者者而言，关关注的重重点与角角度也是是不一样样的，前前者趋向向于一个个IP 核的接接口标准准以便于于IP核核的重用用，而后后者着重重于集成成系统的的性能考考虑。对对使用者者而言，还还要考虑虑到专利利费用问问题。WWishhbonne、OOCP是是免费的的，CooreCConnnectt、AMMBA需需经过授授权后才才能免费费使用，AAvallon、CCoreeFraame均均需经过过授权才才可使用用。目前，有关关IP核核的有关关标准尚尚在制定定与发展展中，IIP集成成互连方方案也一一样，尚尚未形成成一个统统一的规规范。随随着IPP核相关关标准的的制定及及各种片片上系统统集成互互连方案案的使用用，互连连规范也也会进一一步的发发展。