（电路与系统专业论文）ip+core开发标准的研究及总线协议转换ip+core的设计.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名；2 虹篁 日 协j 譬f 5 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盔! 笠 导师签名：豆身边日期：丛：二： 笸 山东大学颈士学位论文 摘要 随着集成电路的设计技术和深亚微米制造技术的迅速发展，在 单个芯片上集成一个系统成为可能，集成电路设计已进入片上系统 ( s o c ) 时代基于平台的s o c 设计方法是建立一个以i pc o r e ( i n t e l l i g e n c ep r o p e r t yc o r e ) 为基础的全新的设计流程，它可以 提高片上系统的设计效率，加快新产品投放市场，从而获得更好的 市场竞争力然而，由于i pc o r e 的设计经常来源于不同的研究方 向、不同的公司、以及使用不同的e d a 工具，所以在集成时变得 非常困难，因此为j pc o r e 研究制订一个统一的开发标准成为一个 迫在眉睫的问题国际上已有r a p i d ( r e u s a b l e a p p l i c a t i o n s p e c i f i ci n t e l l e c t u a l p r o p e r t yd e v e l o p e r s ) 、v s i a ( v i r t u a i s o c k e t i n t e r f a c e a l l i a n c e ) 等组织相继成立。我国也有相应的国家 l p 核库的组织成立，协调并制订i p 重用所需的参数、文档、检验方 式等形式化的标准，以及i p 标准接口、片内总线等技术性的标准 在s o c 的设计过程中，一般根据徽处理器选择片上总线，而 i pc o r e 设计时由于考虑其通用性，不会太多考虑片上总线的要求。 因此，需要相应的i pc o r e 把已设计好的i pc o r e 连接到系统总线 上a m b a 总线是著名r i s c 处理器设计公司a r m 公司提出的高 性能总线结构，已经成为s o c 设计应用相当广泛的片上总线结构， 并极有可能成为s o c 片上总线的标准p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e n t i n t e r c o n n e c t ) 局部总线应用非常广泛，在p c 机、服务器、便携 笔记本电脑等需要高速总线的系统中大量使用因此开发设计一个 a h b p c i 协议转换的i pc o r e 是非常必要的 本文的主要工作是理解和研究i pc o r e 的开发标准，并在片上 总线a h b 总线r e v 2 0 规范和p c i 微机外设总线2 2 规范的基础上， 设计一个a h b p c i 总线的协议转换i pc o r e 在本论文中，以v h d l 硬件描述语言为设计语言，在m 叠x + 山东大学硕士学位论文 p l u si i 软件平台上。实现了a h b p c i 总线的协议转换i pc o r e 的设计。采用自顶向下的设计方法包括p c i 设备接口、a h b 设 备接口、a h b 仲裁器、a h b 地址译码器以及f i f o 等模块的设计 通过仿真，验证了设计的正确性 关键词：s o c i pc o r e ，a h b 总线p c i 总线，协议转换 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ed e s i g nt e c h n i q u eo ft h e a n t e g r a t e dc i r c u i ta n ds e m i c o n d u c t o rm - n u f - c t u r i n gt e c h n o l o g y , s y s t e mo n - c h i pd e s i g nb e c o m e sf e a s i b l e 。w h i c hm e a n st h ea r r i v a l o fs o ce r a t h ec p u 、m e m o r y ，i 0i n t e r f a c ea n do t h e rm o d u l e scab b ei n t e g r a t e do n s i n g l ec h i pt h a tc a nr e a l i z et h ew h o l es y s t e m f u n c t i o n a sw ek n o w g o r d o nm o o r em a d eh i sf a m o u so b s e r v t i o t i n1 9 6 5 ，j u s tf o u ry e a r sa f t e rt h ef i r s tp l a n a ri n t e g r a t e dc i r c u i tw a g d i s c o v e r e d m o o r eo b s e r v e da ne x p o n e n t i a lg r o w t hi nt h en u m b e r o ft r a n s i s t o r sp e ri n t e g r a t e dc i r c u i ta n dp r e d i c t e dt h a tt h i st r e n d w o u l dc o n t i n u e m o o r e il a w 。t h ed o u b l i n go ft r a n s i s t o r se v e r y c o u p l eo fy e a r s ，h a sb e e nm a i n t a i n e d ，a n ds t i l lh o l d st r u et o d a y a n dw i l lc o n t i n u ea tl e a s tt h r o u g ht h ee n do ft h i sd e c a d e a n d b a s e do nt h ed a t a q u e s tc o m p a n yi n v e s t i g a t i o n 。t h ei cm a n u f a c t u r e a b i l i t yi n c r e a s e sb y5 8 e v e r yy e a r , b u tt h ei cd e s i g na b i l i t yo n l y i n c r e a s e sb y2 i e v e r yy e a r s oh o wt om e e tt h eg a pi s s e r i o u s p r o b l e m w ek n o w ，r e u s eo fi pc o r e i st h es o c sf o u n d a t i o n i n t e l l i g e n c ep r o p e r t yc o r e ，i st h ed e s i g n e da n dv e r i f i e dm o d u l e ， t h a tc a br e a l i z et h es p e c i a lf u n c t i o n w em a y p u ti pc o r er e u s el i k e t h i s ：d u r i n gt h ep r o c e s so fs o cd e s i g n ，w ea r ea b l et oi n h e r i t ，s h a r e ， o rp u r c h a s ei pc o r e sw en e e fs ot h a tw ec a nu s ee d at o o l st o d e s i g n , s y n t h e s i sa n dv c r i f yt h e m r e u s i n gt h ei pc o r ec - ni m p r o v e t h es y s t e md e s i g ne f f i c i e n c ya n dt h u sm a k en e wp r o d u c t sa v a i l a b l e o nm a r k e tm u c hf a s t e r s ow ec a 8o b t a i nb e t t e r m a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s h o w e v e r ，b e c a u s et h ei pc o r ed e s i g nt e a m sc o m e f r o md i f f e r e n tr e s e a r c hf i e l d s ，o rd i f f e r e n t c o m p a n i e s ，w i t h k n o w l e d g eo fp r o b a b l yd i f f e r e n te d at o o l s ，i tb e c o m e sm o r e 山东大学硕士学位论文 d i f f i c u l tt oi n t e g r a t et h e m s oi pt o r et - n d - r d i z - t i o -i sa n e x t r e m e l yu r g e n tp r o b l e m a l r e a d yt h e r ea r es o m eo r g - n i z - t i o n e s t a b l i s h e d ，s u c ha sv s i a ( v i r t u a ls o c k e ti n t e r f a c ea l l i a n c e ) t h e s eo r g a n i z a t i o n sm i s s i o ni st oe s t a b l i s ht h ei pc o r e ss t a n d a r d w h i c hf r o mm u l t i p l es o u r c e s t h ew o r ko ft h i sp a p e ri st ou n d e r s t a n da n ds t u d yt h e d e v e l o p m e n ts t a n d a r do fi pc o p e ，a n db a s e do na h bb u sr e v 2 0 a n dp c ib u s2 2 a n dd e s i g n - i pc o r ea b o u tt h ea h bb u sa n dp c i b u sp r o t o c o lt r a n s l a t i o n i nt h i st h e s i s ，t h ed e s i g nw a sd e s c r i b e d w i t hv h d lh a r d w a r el a n g u a g e s o nm a xp l u si is o f t w a r e p l a t f o r m ，a n dr e a l i z e dt h ep r o t o c o lo fa h b p c ib u st r a n s l a t i o n t h ed e s i g no fi pc o r e ，a d o p t st h et o p d o w nd e s i g n m e t h o d t i n c l u d i n gs u c hm o d u l e - si n t e r f a c eo fp c i ，a h bi n t e r f a c e ，a h b a r b i t r a t i n gd e v i c e ，a h ba d d r e s sd e c o d e ra n df i f 0 ，e t c a tl a s t t h ed e s i g nh a sb e e ns i m u l a t e ds u c c e s s f u l l y k e y w o r d ：s o c ，i pc o r e 。a h bb u s ，p c ib u s 。p r o t o c o lt r a n s l a t i o n 山东大学硕士学位论文 符号说明 e d a ( e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o n ) ：电子设计自动化 f s m ( f i n i t es t a t em a c h i n e ) ；有限状态机 v h d l ( v h s i ch a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ：硬件描述语言 i c ( i n t e g r a t e dc i r c u i t ) ：集成电路 i pc o r e ( i n t e l l i g e n c ep r o p e r t yc o r e ) ：知识产权核 p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r e o n n e c t i o n ) ；外设部件互连 r t l ( r e g i s t e rt r a n s f e rl e v e l ) ：寄存器传输级 s o c ( s y s t e mo nc h i p ) l 系统芯片 b o c ( b u so nc h i p ) ：片上总线 a h b ( a d v a n c e dh i g h p e r f o r m a n c eb u s ) ：先进高性能总线 a m b a ( a d v a n c e d m i c r o c o n t r o l i e rb u sa r c h i t e c t u r e ) ：先进的微 处理罂总线 d f t ( d e s i g nf o r t e s t a b i l i t y ) 可测性设计 m a s t e rt 主设备 s l a v e ；从设备 a r b i t e r ；仲裁器 d e c o d e rl 译码器 7 山东大学顼士学位论文 _ _ _ _ _ _ - _ - - - _ _ _ _ - - _ _ _ - - _ _ - _ - _ _ _ - _ - 一i i _ _ _ _ - _ - - - _ - _ - - _ _ _ - 1 1引言 第1 章绪论 随着集成电路的设计技术和深亚微米制造技术的迅速发展，集 成电路已进入片上系统时代所谓片上系统，也称为系统级芯片 ( s o c ) 是指在单一硅芯片上集成了c p u 、i 0 接口、存储器，以及 一些重要的模拟集成电路，从而实现信号采集、转换、存储、处理 和i o 等功能，即实现一个系统的功能s o c 应用相当广泛，凡在 计算机芯片组、局域网络以及d v d 播放机，数字相机等市场，都 有其踪影片上系统具有速度快、集成度高、功耗低的优点同时， 由于s o c 集成了多个功能。使整机成本和体积都大大降低。加快了 整机系统更新换代的速度s o c 的这些优点正好顺应了通信、电脑、 消费电子产品向轻、薄、短和低功耗发展的方向，对于移动通信、 掌上电脑和多媒体产品的生产厂商有非常大的吸引力。因此市场对 s o c 产品有强烈的需求s o c 芯片的集成度越来越高，单芯片上的 集成度达到几千万门，频率达到5 0 0 1 0 0 0 m h z 而且投放市场的 时间要求越来越短为了实现这样的系统，设计者越来越依赖于i p c o r e 的重用但是i p 的设计组来源于不同的公司，不同的研究领 域。以及设计不同的e d a 工具来设计，所以集成时就变的很困难 因此i pc o r e 的标准化显得非常重要其中片上总线的标准是其中 的重要内容之一一些s o c 厂商建立了自己的片上总线标准，提出 了自己的i pc o r e 设计标准，其中一些比较有影响的片上总线 有ib m 的c 0 r e c 0 n e c t ，a r m 的a m b a ，p a l m c h ip 的c 0 re f r a m 和s il ic 0 r e 的霄i s h b o n e 等他们的总线各有其特点且 很成熟在某领域内具有很大的优势但是现在的s o c 设 计不再单纯使用某一个厂商的i pc o r e 。而更多的是多厂商i pc o r e 的组合。所以出现了v s i 标准化组织，为s o c 的设计建立相应的 设计规范和标准v s i 是1 9 9 6 年成立的开放组织，目前有2 0 0 多 l 山东大学硕士学位论文 个成员下设8 个开发工作组。其目标是建立统一的系统级芯片业 的目标和技术标准，通过规定开放标准，方便多个来源的i pc o r e 的混合和匹配( m i xlm a t c h ) 。加快s o c 的开发 a m b a 总线是著名r i s c 处理器设计公司a r m 公司提出的高性能 总线结构，其中 h b ( a d v a n c e dh i g hp e r f o r m a n c eb u s ) 总线是 高性能的总线，已经成为s o c 设计应用相当广泛的片上总线结构， 并极有可能成为s o c 片上总线的标准p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e n t i n t e r c o n n e c t ) 局部总线应用非常广泛，在p c 机、，服务器、便 携笔记本电脑等需要高速总线的系统中都有大量使用因此开发设 计一个a h b p c i 协议转换的i pc o r e 是非常必要的 1 。2 论文的主要内容及结构 第1 章为绪论，主要介绍论文的目的及意义，国内外相关技术 的发展现状，以及论文的主要研究内容 第2 章介绍了i pc o r e 的知识以及i pc o r e 的标准 第3 章介绍了片上总线a h b 和外围总线p c i 总线的协议，并 采用自顶向下的方法设计了一个a h b p c i 协议转换的i pc o r e ， 介绍其设计过程，并给出仿真结果 论文的最后是结语 9 山东大学硕士学位论文 _ - _ _ - i i i i i l l _ _ 第2 章 ipc o r e 开发标准研究 2 1i pc o r e 的介绍 s o c 设计方法使得集成电路设计流程从传统的以功能设计为 基础转变到以功能组装为基础，i pc o f c 特指被调用的集成电路设计 的版权和技术含量的知识产权，是指已经经过验证的各种超级宏单 元模块电路i p 的本质特征是可重用性，它通常有如下要求： 必须用来解决通用的问题，应该很容易的配置来满足不同的 应用 必须设计成可以在不同的工艺中使用对于软核，综合脚本 必须对各种库都能带来满意的结果对于硬核，应该具有有效的端 口策略以使其能够映射到新的工艺技术 可以使用各种的仿真器进行仿真，只能工作在一个仿真器的 i pc o r c 或者是验证平台是不方便的一些新的仿真器即支持 v e t i l o g 也支持v h d l 然而，对于好的可复用设计而言，需要即 有v e r i l o g 代码版本。又有v h d l 代码版本，验证和测试向量完备， 而且能够运行在多个主流商的仿真器上运行 使用基于标准的接口如果没有基于标准的接口存在，那么 使用独特的或者是全定制的接口 提供独立的验证，设计好的核在集成到芯片中之前，为了节 省全测试平台所花费的努力，仅仅是部分得到验证但是，可复用 设计的硬核必须经过全面的、独立的测试平台和验证，需要保证很 高的测试覆盖 对于核的应用核限制给予全面的说明。任何的配置中的限制 和参数选取。都必须详细说明任何用来说明核的使用方法的接口 要求和约束都必须归档 根据其设计层次，通常i pc o f e 可以分为三类： ( 1 ) i p 硬核是基于半导体工艺的物理设计，已有固定的拓扑布 1 0 山东大学硕士学位论文 局和具体工艺，并已经过工艺验证具有可保证的性能其提供给 用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件是可以拿来 就用的全套技术 ( 2 ) i p 软核通常是用h d l 文本形式提交给用户，它经过r t l 级 设计优化和功能验证，但其中不舍有任何具体的物理信息据此 用户可以综合出正确的门电路级设计网表，并可以进行后续的结构 设计，具有很大的灵活性，借助于e d a 综合工具可以很容易地与其 他外部逻辑电路合成一体，根据各种不同半导体工艺设计成具有 不同性能的器件软i p 核也称为虚拟组件( v c v i r t u a lc o m p o n e n t ) ( 3 ) i p 固核的设计程度则是介于软核和硬核之间，除了完成软 核所有的设计外，还完成了门级电路综合和时序仿真等设计环节 一般以门级电路网表的形式提供给用户 现在进行i c 设计所面临的挑战不再是是否使用复用技术而 是如何有效的使用复用技术选择i pc o r e 设计时首先要考虑的因 素是i pc o r e 与目标系统的配合程度一般来说在进行集成之前， 最好选择那些无需修改的i pc o r e 但是如今的大多数情况是设计 人员在获得i pc o r e 后必须进行修改，有时修改的范围包括各个设 计层次上的i pc o r e 这种修改会耗费大量的时间和资源，不仅会 延误产品的研发进度，还会给整个设计流程引入风险有时可以通 过牺牲一点芯片面积或功能，以尽量少的修改i pc o r e 设计，使其 能直接集成到系统芯片设计中选择i pc o r e 时必须考虑的另外一 个因素是：评估i pc o r e 的品质集成的方便程度以及可重用性并 考虑i pc o r e 开发者提供的技术支持程度等如使用手册内容是否 完备，是否提供完整的设计和验证环境，是否有成功集成的示范工 程。接口定义标准的遵从程度，未来发展升级的可能性，获取i pc o r c 授权的效率以及合作厂商的可信赖程度等多种因素 i pc o r e 的评估是指通过一系列完整的检查规则来系统地检查 i pc o r e 的设计评测分为系统设计、编码、综合和参数验证等不同 部分进行，并根据评测规则的重要程度为不同的规则检查分配不同 的权值这样检查之后。就可以直观地看出整个设计的可重用程度， 山东大学硕士学位论文 以帮助体系架构设计工程师针对性能、规模、成本和功耗等不同方 面来定制和评估i p 模块设计目前工业界比较具有影响力的评测标 准是由s y n o p s y s f 阿l m e n t o r l 供合开发推行的基于r m mo p e n m o r e 评 测标准 2 2i pc o r e 开发标准 v s i a ( v i r t u a ls o c k e ti n t e r f a c ea l l i a n c e ，虚拟插座接口联盟) 成 立于1 9 9 6 年9 月，最初是由8 0 多个公司发起成立的，现已发展到大约 2 0 0 家成员，其目的是为s o c t 业建立统一的技术规范和标准这些 规范和标准使得不同来源的i pc o r e ( 在v s i a 中称为v c ，即v i r t u a l c o m p o n e n t ，虚拟元件) 进行集成并相互匹配成为可能 v s i a 制定的i p 规范标准从整体上可以划分为三大类： i p 可复用接口设计标准； i p 可交付使用文档规范标准； i p 保护文件标准 这三方面的规范标准不是孤立的。而是有机地联系在一起 共同构成i pc o r e 的标准体系下面给以详细说明 2 2 1i p 可复用接口设计标准 为使不同来源的i p 可以在s o c 设计中进行有效的集成，傲到即 插即用i p 的接口应按照统一的标准进行设计i p 可复用接口设计 标准主要包括i p 接口标准和测试访问结构标准 l 、i pc o r e 接口标准 在s o c 设计中把各种i pc o r e 互连起来的一个方法就是使用总 线s o c 用户往往根据s o c 应用和性能要求来选择总线原则上讲， 定义一个通用总线结构和信号协议是理想的但却不能为所有s o c 设计提供最佳的解决方案为此v s i a 在i p 接口标准( v i r t u a l c o m p o n e n ti n t e r f a c es t a n d a r d ，v c i s 标准) 中定义了一个i p 通用接 口( v c i 接口) 采用这一通用接口，任何来源的i p 都可以在芯片集成 山东大学硕士学位论文 一i 者的s o c 内进行互连通过接口i p 模块。既可直接点对点地连接，也 可通过带有这一标准接口的总线进行互连 i p 接口标准定义了三种不同复杂程度的接口，分别是外围虚拟 元件接口( p e r i p h e r a lv i r t u a lc o m p o n e n t ，p v c i ) ，基本虚拟元件 接口( b a s i cv i r t u a lc o m p o n e n t ，b v c i ) 和高级虚拟元件接口 ( a d v a n c e dv i r t u a lc o m p o n e n t ，a v c i ) p v c i 提供的是一个简单容 易实现的接口；b y c i 定义的接口适合于大多数应用要求；a v c i 增添 了一些更加高级复杂的特性即便如此，这三种接口相互之间是兼 容的，都包括：一个请求响应协议；一个传输请求和响应的协议： 以及支持这些请求和响应的内容和编码 2 ，测试访问结构标准 当i p 集成进入s o c 芯片以后原本i p 边界上的i 0 端口会嵌入到 s o c 内部。不能被芯片外界访问到，i p 失去了原来的可控制性和可观 察性如何通过s o c 芯片的i o 端口访问到内部的i p ，是一个必须解 决的问题目前，v s i a 和i e e e 都提出了一些解决方案，如i e e e 的p 1 5 0 0 标准( 草案) 。v s i 测试访问结构标准v s i 测试工作组与i e e e p l5 0 0 包装的i p 棱 并行鞠 。 = 目测试控翻模块e 广包装寄存甜 睾行输 睾行输入 - 卜、 1 i p 棱 i y 扫描输入r l扫描#i - h扫描譬 时钟 7 l l 扫描链 l b i s t 控制3 v 步信号 输出 输入l i t 控制信号 图2 1 测试访问结构示意图 入 出 出 山东大学硕士学位论文 有着密切的合作，并且希望发展单一的共同测试标准v s i a 为解决 s o c 中对i p 的测试访问。提出了一种测试访问结构，如图2 一l 所示 测试结构包括：包装寄存器( w r a p p e rr e g is t e r ) 、旁路寄存器 ( b y p a $ sr e g is t e r ) 、测试控制模块( t e s tc o n t r o b l o c k ) 等测试 结构可完成测试s o c 所必需的四种操作模式；正常模式、安全状态( 隔 离) 模式、外部测试模式和内部测试模式下面简单介绍各模块的工 作模式 ( 1 ) 包装寄存器 包装寄存器由包装单元组成i p 的每个端口连接一个包装单元， 完成对i p 测试信号的输入以及对i p 输出信号的捕获 ( 2 ) 旁路寄存器 旁路寄存器的引入是为了访问单个的i p 时旁路周围的i p 及加速 测试向量通过i p 的速度 ( 3 ) 测试控制模块 测试控制模块管理所有的包装寄存器和旁路寄存器用到的测试 控制信号，同时也管理内部d f t 结构，如扫描或b i s t 用到的控制信号 测试控制模块就像一个指令寄存器，决定所执行的测试操作 v s i a 的测试结构可完成测试s o c 所必需的四种操作模式。 ( 1 ) 正常模式在这种模式下。i p 完成正常的功能操作，任何 d f t 结构不参与工作即不进行任何测试操作 ( 2 ) 安全状态( 隔离) 模式在这种模式下，i p 与其周围的逻辑 或其他i p 隔离开，处于安全状态 ( 3 ) 外部测试模式在这种模式下，i p 处于测试状态，可以进 行i p 间或i p 与用户定义逻辑间的连线的测试 ( 4 ) 内部测试模式在这种模式下进行i p 自身的测试由于 有多种测试需要加到i p 上因此在内部测试中，需要安捧多种测试 模式( 扫描、静态电源电流、内建自测试及功能测试) 2 2 2 i p 可交付使用文档规范标准 1 4 i p 在交付使用时需提供具体的设计文档以帮助i p 用户详细 山东大学硬士学位论文 _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ l ii _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ l _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ - 了解i p 遵守标准的设计情况。保证i p 的可交付使用性v s i 有关i p 的可交付使用性规范标准共有6 个规范、2 个标准这些规范和标准 方便i p 使用者正确选择和应用i p 。同时，也是用户成功集成i p 的指 南 在6 个规范中，虚拟元件转让规范是i p 交付使用时应遵循的总的 规范。其它规范则规定了不同i p 及i p 不同类型交付使用的要求及设 计指导方针下面分别对这些规范加以简单介绍 1 、虚拟元件转让规范 一个基于i p 的设计主要包括四个步骤：寻找合适的i p ；评价 2 - i软核递交文档 文档类别 描述 用于i p 核与其子模块的可综合v e r i l o g 代 码 用于l p 核与其子模块的可综合v h d l 代码 应用记录包括用来铹示i p 核的 产品文档 v e r i l o g v h d l 设计的例子 综合脚本和时序约束 用来进行扫描插入和a t p g 的脚本 参考技术库 安装脚本 用于测试平台的总线功能模型，监控嚣 验证文档 测试平台文档包括代表性的验证测试 用户指导手册，功能说明书 文件文档 数据页 系统中其他模型的总线功能模型 系统集成文档用于特定i p 核以及，或它的测试平台与 b f m 的仿效模型 找到的i p ；集成所选的i p ；验证i p 最常用的i p 是软i p 和硬i p ， 山东大学硕士学位论文 在此主要说明这两种i p 虚拟元件转让规范定义了每个步骤所需 要的各类文档，上表2 一l 和下表2 2 分别说明软i pc o r e 和硬i p c o r e 所应递交的文档 表2 - 2 硬核递交文档 文档类别描述 产品文档安装脚本 验证文档无 用户指导手册，功能规格说明 文件文档 数据页 包含在递交文档中模块的说明 i s a 或行为模型 用于i p 核的总线功能模型 精确周期模型 s i g h o f 馍型 用于特定l p 核的仿效模型 系统集成文档 用于i p 核的时序和综合模型 用于f p 核的版茁规划模型 在对特别模块进行硬件，软件共同仿真和 系统集成时所需要用到的商业软件的建议 用于制造测试的测试模式 2 、模拟混合信号及信号完整性扩展规范 这两个规范都是针对模拟混合信号i p 的可交付使用性制定 的目前，v s i h 对模拟混合信号i p 只考虑硬核模拟混合信号扩 展规范定义了模拟混合信号硬i p 的可交付使用性，与之相关的设计 指导方针，和便于测试、交换和与指定工艺的数字系统芯片集成的 混合信号i p ，如a d 、d 转换器，详细说明了模拟混合信号i p 交换 时应提供的信息模拟混合信号完整性扩展规范描述和解释s o c 设 1 6 山东大学磺士学位论文 计中用到的数字和模拟混合信号i p 信号完整性方面的可交付使用 性、数据格式及相关的设计指导在多数情况下，s o c 中只包 含少量的模拟元件为简化问题。规范作了如下假定： 只考虑具有复杂功能的模块，如a d 转换器、d 转换器： 反馈在i p 内部出现与系统的其它部分隔离； 每一个模拟混合信号i p 都是一个独立的设计： 混合信号元件用数字测试方法进行测试，不得影响数字测试： i p 采用标准的c m o s 工艺实现，没有额外的工艺步骤。或只需 增加少量的工艺步骤 i p 以版图的形式提供，针对指定的工艺； 。 工艺设计规则，与制造相关的信息等项，不在这一文档中出 现 从v s i a 标准的角度来看，不论是数字i p 还是模拟混合信号i p ， 可交付使用性都包括；用户指南、系统结构、系统设计、测试要求 和物理摸块实现部分，摸j 薹i 混合信号j p 与数字i p 可交付使用性的主 要不同点是： 增加工艺定义； 由于模拟信号的连续性需要考虑更多的因素 3 、软i p 和硬i p 结构、性能和物理建模 软i p 和硬i p 结构、性能和物理建模规范定义了软、固和硬i p 的 数据表示形式和设计约束要求，以支持从r t l 设计规划到最终验证的 硬件设计流程规范规定，在r t l 级，源代码要采用i e e e 的v e r i l o g v h d l 标准，软i p 的源代码应是可综合的；固i p 综合时必须提供r t l 源代码；对硬i p ，如果没有提供其他的仿真模型要做形式验证或 功能仿真时，必须提供r t l 源代码 对于固i p 和硬i p ，需要提供模块的结构网表。可以是通用门级 结构网表或指定库的门级或者晶体管级的网表 性能模型是i p s o c 时序功耗验证所必须的，包括i p 延时、时 序分析和功耗模型在逻辑综合、静态时序分析、功耗分析和其它 1 7 山东大学硕士学位论文 要求延时和功耗估计时，需要这些性能模型 目前规范对硬i p 的物理建模提出了要求，而没有涉及软i p 和 固i p 的物理建模硬i p 的物理实现模型有两个；第一个模型是版图 级采用g d s i i 格式；第二个模型是一个抽象模型，包含足够的信息， 以便s o c 进行底层规划，布局和布线，使用的数据格式是v c l e f5 1 的宏部分通常我们使用的是g d s i i 文档格式 设计约束描述了i p 在系统芯片设计中应用或i p 自身实现方面 的限制包括接口约束。描述i p 接口的要求，以保证i p 在s o c 中正常 工作内部约束描述了i p 内部实现的要求。应用于i p 自身适用于 软核和固核，以保证i p 的实现符合规范 4 、面向i p 提供者的测试数据交换格式及d f t 指导方针规范 面向i p 提供者的测试数据交换格式及d f t 指导方针规范定义了 测试数据交换格式和对i p 提供者的d f t 指导方针规范定义的交付内 容包括以下几个方面； 测试策略对采用的测试策略，要进行描述，包括功能、扫 描、内建自测试、静态电源电流、隔离方法等为了得到高的测试 覆盖率和最小的测试开销，测试策略应对推荐的测试方法进行概要 描述 测试方法模块测试方法模块是测试协议的包装，测试协议 说明测试是如何执行的测试方法模块包含的信息还有预期用法、 故障覆盖率、测试使用的约束、测试诊断等信息，这些信息对测试 协议进行补充。便于测试集成者进行系统芯片的测试规划 测试模式i p 提供者应提供测试模式的描述，测试集成者需 要知道测试模式，以实现测试工作模式测试模式说明i p 处于测试 状态。而非正常工作模式 测试向量和测试协议测试向量是施加到i p 核的激励和预期 响应的数据集合，是由1 和0 组成的向量测试协议是控制测试数 据应用的控制操作序列 5 、片上总线属性规范 1 0 山东大学磺士学位论文 为满足s o c 应用及性能要求。单独定义一个通用总线结构和信号 协议是不切实的片上总线属性规范的目的，在于为片上总线定义 一套最小的属性和必要条件，使集成者更容易比较、选择和使用片 上总线 片上总线属性规范把总线分为处理器总线，系统总线和外围总 线规范详细说明了片内总线供应商应提供什么样的文档术语、仿 真模型，r t l 代码实例、测试平台和一致性测试；同时，还要求供应 商用标准的模板格式把他们的总线特性编写成文档，这样可以使总 线用户容易比较提供的不同总线并方便选择模板也应当使总线 桥和总线包装设计更加容易，总线桥用于把不同的总线连接起来， 总线包装是总线或i p 与i p 之间的接口逻辑。它独立于特定的总线或 i p 协议，用于把外围i p 连接到持定的总线上：这些模块允许用户能 用不同的总线接口把外囝的i p 集成在同一芯片上 6 、系统级接口行为文档标准 系统级接口行为文档标准为系统级i p 接口提供系统的文件编 制技术，规定每一接口层所要交付的文件它提供一种机制，保证 在不同的抽象层次上完整描述i p 通信，使i p 的行为与通信协议分开。 因此便于同行为模块与不同接口的复用好处是增强i p 的可理解 性、增强描述性，增强模型的划分性和改善可集成性这一标准有 助于i p 提供者与集成者之阃传递系统级i p 模型标准规定了以图形 表示数据传输和接口层次的方法，系统级接口行为文档标准介绍了 接口层的概念，或者说是抽象层次的概念一个接口层可以转换为 描述更加详细的下一接口层，标准规定了这一转换机制接口层次 从高层次到低层次可以不断细化模型的描述 7 、i p 属性描述、选择和转让格式标准 i p 属性描述、选择和转让格式标准把虚拟元件转让规范所定义 的信息作为几组具体的属性定义，提供了属性结构和语法属性定 义包括详细的数据类型信息，并有一致的结构属性用简洁的字符 串和数字表达式清晰明确地表述。每个属性用允许的数据类型表示， 1 9 山东大学硕士学位论文 每个属性有确切定义的数值类型这些属性定义使i p 可以在其提供 者和使用者之间，以一种有组织的一致的方式描述、选择和转让 使i p 集成过程中的搜寻和选择过程更加方便 2 2 3i p 保护文件标准 集成电路i p 作为一种重要的知识产权。在交换使用过程中需要 受到保护为此v s i a 相继制定了i p 保护白皮书和虚拟元件识别物 理标识标准，使i p 提供者有能力保护自己的i p ，以防止未经授权而 被他人使用的现象 1 、i p 保护白皮书 在i p 使用过程中，对i p 的所有应用、数据形式等进行保护几乎 是不可能的但是采取适当的机制和防范是十分必要的保护i p 有各种各样的解决方法。但并不是所有的方法都适用于各种类型的 i p i p 保护白皮书主要论述和介绍了大家熟悉的i p 保护技术和机制 保护i p 有三种方法： 威慑i p 拥有者通过适当的法律手段，可以阻止对i p 的侵权行 为采取的措施包括：专利，著作权、商业机密，合同和诉讼这 些方法对i p 提供了不同程度的保护 保护i p 拥有者通过采取许可协议、加密等措施防止末授权 而使用i p 现象的发生 探测i p 拥有者探测和跟踪合法及非法使用i p 的过程，包括： f o u n d r y 的i p 跟踪或识别、数字签名。如数字指纹和数字水印、噪声 指纹 2 、虚拟元件识别物理标识标准 随着i p 使用的不断扩大，需要知道在设计中包含了谁的i p 和有 关这个i p 的关键信息虚拟元件识别物理标识标准通过利用i p 提供 者在g d s i i 文件中嵌入的跟踪信息。提供了在制造过程中自动简洁、 有效跟踪和报告这些信息的方法跟踪信息至少包括四方面的内容： 售主、产品名称、版本和度量( 如面积等) 这样，在制造过程中， 2 0 山东大学硕士学位论文 能够跟踪和报告i p 的拥有者这个标准只作为跟踪i p 的方法，而不 是用来描述i p 保护机制的；只是用来跟踪制造过程中的i p ，不考虑 i p 的知识产权保护 2 1 山东大学硕士学位论文 第3 章总线协议转换l pc o r e 的设计 3 1a m b aa h b 协议介绍 3 1 ia h b 总线简介 在市场现有的众多片上总线b o c ( b u so nc h i p ) 中，由a r m 公司 开发的a m b a ( a d v a n c e dm i c r o c