IP核互连策略及规范13639.docx

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1、IP核互连策略及规范日期：22005-3-222来源：211IC中国国电子网 作者：重庆大学学 陈林 王家兵字体：大大 中 小 摘摘要：IPP核有关标标准及IPP核互连规规范目前正正处于一个个发展的关关键时期，受受到了业界界的普遍关关注。本文文就IP核核互连采取取的策略进进行了分析析，对目前前几种使用用较多的IIP核互连连规范作了了介绍。 关关键词：片片上系统SSoC；片片上总线（OOn-Chhip BBus）；IP核；互连策略略；互连规规范1 引 言言随着着超深亚微微米工艺的的发展，IIC设计能能力与工艺艺能力极大大提高，采采用SoCC（Sysstem on CChip）将将微处理器器、IP

2、核核、存储器器及各种接接口集成在在单一芯片片上，已成成为目前IIC设计及及嵌入式系系统发展的的趋势和主主流。为减减少设计风风险、缩短短设计周期期、更集中中于应用实实现，设计计者越来越越多的采用用IP核复复用。在此此推动下，IIP核互连连技术及片片上总线（OOn-Chhip BBus）得得到迅速发发展，反过过来它们又又对IP核核的设计、校校验、重用用及IP核核有关标准准的制定也也产生了深深远的影响响。2 IP核核互连策略略就IPP核互连的的形式而言言，主要有有共享总线线、点对点点的连接及及多总线几几种方式，带带宽、时延延、数据吞吞吐率及功功耗通常是是几个需主主要考虑的的因素，但但要求与板板级的互

3、连连已不相同同。共享总线方方式是通过过不同地址址的解码来来完成不同同主、从部部件的互连连及总线复复用，这对对多外设IIC系统设设计而言，对对地址总线线的扇出提提出了较高高的要求，同同时过于复复杂的解码码逻辑会增增加额外的的时延。如如果数据主主要集中在在一个主处处理器与一一个从外设设交换数据据，则其它它的外设在在此期间需需处于IDDEL 或或高阻状态态，而对于于多处理器器设计的系系统，其他他的数据传传输不能同同时进行，增增加了时延延及等待。通过增加总总线的宽度度、提高总总线的时钟钟、及采用用多总线方方案可以解解决带宽、时时延问题。但但增加总线线的宽度，只只有外围设设备能在一一个时钟周周期中能全全

4、部占有这这些总线时时才有效，否否则总线的的利用率就就不高，而而提高总线线的时钟也也会受到一一定的限制制，同时会会产生功耗耗方面的问问题。一个有效的的办法就是是采用多总总线方案。多多总线的方方案有多种种实现形式式，按不同同速率对总总线分段可可以减少总总线的竞争争并且提高高总线利用用率；可采采用独立的的读写总线线以进行同同时的读写写；可提供供多个并行行的总线，对对主、从部部件间进行行点对点的的连接，以以实现一对对主、从部部件的高速速互连；另另外还有一一些有效的的方式，如如采用分层层总线构架架，采用交交换矩阵或或互连网络络，来实现现多个主、从从部件的同同时互连，等等等。多种总线仲仲裁算法可可以被采用

5、用。采用循循环占用总总线，实现现最为简单单；另外采采用从部件件仲裁（SSlavee-sidde arrbitrratioon）的方方案，在从从部件需要要数据传送送时占有总总线，有利利于提高总总线的利用用率。对于于流水线传传送较多的的情况，如如何保证读读写的流水水线执行以以减少时延延也是总线线仲裁考虑虑的一个重重要方面。下面就目前前一些互连连规范及它它们采用的的方案作介介绍。3 主要的的IP核互互连规范目前有较大大影响的IIP核互连连规范有IIBM的CCoreCConneect总总线、ARRM的AMMBA(AAdvannced Micrroconntrolller Bus Archhitecct

6、uree)、Siilicoore CCorp的的Wishhbonee、开放核核心协议国国际联合（OOCP-IIP）的OOCP (Openn Corre Prrotoccol)与与虚拟插座座接口连盟盟VSIAA(Viirtuaal Soockett Intterfaace AAlliaance)的VCII（Virrtuall Commponeent IInterrfacee）、Allteraa的Avaalon总线，以及PllamchhIP的CCoreFFramee 、MIIPS的EEC(tmm) Innterfface，Alteera的AAtlanntic(tm) Inteerfacce、IDD

7、T的IPPBus(tm) (IDTT Perripheeral Bus)、Soonicss的SilliconnBackkplanne(tmm) uNNetwoork等等等，新的互互连方案如如基于PCCI的方案案也在积极极发展中，下下面就前面面几种予以以介绍。3.1 IIBM的CCoreCConneect总线线CoreCConneect总线线的逻辑结结构如下：2 CCoreCConneect采用用了总线分分段的方式式，提供了了三种基本本类型总线线，即处理理器内部总总线PLBB(Proocesssor LLocall Buss)、片上上外围总线线OPB（OOn-Chhip PPerippheraa

8、l Buus）和设设备控制总总线DCRR（Devvice Conttrol Regiisterr）。PLLB提供了了一个高带带宽、低延延迟、高性性能的处理理器内部总总线；OPPB则用于于连接具有有不同的总总线宽度及及时序要求求的外设和和内存；DDCR用来来在CPUU通用寄存存器与设备备控制寄存存器之间传传输数据传传输，以减减少PLBB的负荷，增增加其带宽宽。3.2 AARM的AAMBA总总线（Addvancced MMicrooconttrolller BBus AArchiitectture）AMBA总总线的逻辑辑结构如下下：2同CCoreCConneect相似似，AMBBA也采用用分段多总

9、总线体系，定定义了三种种不同类型型的总线：AHB、AASP和AAPB。AAHB用于于高性能、高高数据吞吐吐部件，如如CPU、DDMA、DDSP之间间的互连，AASP用来来作处理器器与外设之之间的互连连，APBB则为系统统的低速外外部设备提提供低功耗耗的简易互互连。系统统总线和外外设总线之之间的桥接接器提供AAHB/AASP部件件与APBB部件间的的访问代理理与缓冲。3.3 Siliicoree的Wisshbonne总线Wishbbone逻逻辑结构如如下：11 Wishhbonee采用的是是主/从的的构架，主主、从部件件通过内连连网络进行行互连。WWishbbone更更着重了定定义IP核核的接口

10、信信号和总线线周期标准准以实现IIP核的重重用，而对对主从部件件互连的内内连网络，它它只是定义义了点到点点（poiint-tto-pooint）、数数据流（ddata floww）、共享享总线（sshareed buus）、交交叉开关（ccrosssbar swittch）四四种不同形形式，需由由用户来灵灵活选择、生生成、扩展展，用户还还可用两条条Wishhbonee总线进行行复杂系统统的集成。3.4 OOCP -IP的OOCP (Openn Corre Prrotoccol)与与VSIAA的VCII（Virrtuall Commponeent IInterrfacee）OCP 的的IP核互互

11、连结构图图如下：4 OCCP是基于于定义一套套完整通用用IP核插插座接口标标准的互连连方案，通通过定义IIP核与对对应接口模模块间点到到点的接口口信号协议议，如数据据信号、边边带信号和和测试信号号等，来实实现IP核核的可重用用、即插即即用、认证证及测试，及及不同IPP核接口的的集成，点点到点的接接口方式简简单且可完完成数据的的高速传输输。对连接接各接口模模块的片上上内连总线线形式，OOCP未作作定义，由由用户来扩扩展。 VSIIA同OCCP相仿，也也通过定义义IP核的的接口及点点对点的方方式来实现现不同IPP核的互连连。OCPP对接口定定义更为完完整，并且且兼容VSSIA,可可以认为VVSIA

12、是是OCP的的一个子集集。两个VVCI通过过总线互连连的逻辑结结构示意如如下：110 3.5 Allteraa的Avaalon总总线Avaloon总线是是Alteera 可可编程片上上系统SOOPC（ssysteem-onn-a-pprogrrammaable chipp）IP核核互连解决决方案，SSOPC Buillder 来完成整整个系统模模块（包括括Avallon）的的生成和集集成。集成成的系统示示意图如下下： 其中AAvaloon总线模模块完成了了整个可编编程系统片片上部件及及外设之间间互连，包包括了控制制、数据、地地址信号及及总线的仲仲裁。Avvalonn总线模块块的一个逻逻辑示例如

13、如下：33 Avaalon采采用了开关关结构及从从部件仲裁裁方式提供供多对主部部件的同时时互连，外外部件与AAvaloon时钟同同步操作，使使用非三态态总线，主主、从部件件间多种带带宽互连，支支持数据流流传输。AAvaloon同时对对总线信号号的定时、主主从部件传传输的信号号作了定义义以便于不不同IP核核的集成。4 总结对于SoCC集成而言言，单一的的标准似乎乎难以对于于不同的SSoC应用用及性能要要求提供最最佳的解决决方案。对对于IP提提供者与集集成设计者者而言，关关注的重点点与角度也也是不一样样的，前者者趋向于一一个IP 核的接口口标准以便便于IP核核的重用，而而后者着重重于集成系系统的性能能考虑。对对使用者而而言，还要要考虑到专专利费用问问题。Wiishboone、OOCP是免免费的，CCoreCConneect、AAMBA需需经过授权权后才能免免费使用，AAvaloon、CooreFrrame均均需经过授授权才可使使用。目前，有关关IP核的的有关标准准尚在制定定与发展中中，IP集集成互连方方案也一样样，尚未形形成一个统统一的规范范。随着IIP核相关关标准的制制定及各种种片上系统统集成互连连方案的使使用，互连连规范也会会进一步的的发展。