IP复用可简化SoC设计和验证

更大规模、更加复杂的数字设计需要可以简化设计与验证过程的创新技术和工具。这是为了应对由设计复杂性增长所引发的挑战和由硅占位面积增加所带来的新机会。例如,在2004年设计自动化大会上,Dataquest公司首席EDA分析师Gary Smith指出,65纳米工艺的出现标志着系统开发人员第一次不能使用全部的有效设计门电路。

EDA业界已经认识到制造能力与设计能力之间的差距,并一直在努力尝试各种策略以缩小这个差距。最有希望的方法之一是采用基于平台的设计策略实现IP的自动化集成。

目前流行的设计方法通常是由自顶向下的综合、软件仿真和有限的设计复用组成,但这种设计方法无法跟上摩尔定律(相当于59%的年增长率)的发展脚步。在1994年,一个10万门的设计可能占用大约1/4平方厘米的面积,而今天一个30.5万门的设计只占用1/10平方厘米的面积。

与此相反,设计生产率每年大约增长25%。设计能力与制造能力之间的差距越来越大。这种情况将触发新的设计变革,并形成电子工业的一个战略转折点。

有几种方法可以缩小这种设计潜能差距。这些方法是IP复用、高级设计和行为综合、软件(CPU和存储器)和硬件复制,它们各有优劣。

IP复用使设计团队可以在多个设计上分摊设计与验证成本,而且经实践证实IP复用可以提高生产率。但是对于想采用IP复用策略获取最大利益的设计团队来说,弊端在于IP供应商不仅要提供IP,而且要提供设置工具,以便根据设计者的需要定制IP。

在更高抽象级,因为设计描述更加简明,所以设计和验证可以更快。不过,高级抽象模型与真实实现方案之间的对应性依然是个问题。

图1:随着IP需求量的上升,设计
人员希望使用多个IP模块协同工作的平台。

将CPU和存储器移到软件的好处在于,软件解决方案更灵活,具有现场可编程能力,而且风险较低。但总还是存在一定风险:性能也许无法满足一个特定应用的要求,而且可编程多处理器设计本身也很具挑战性。

通过将所有这些策略结合起来,基于平台的设计方法学可以兼具各种方法的优点,是实现充分利用可用硅面积的途径之一。这种方法对于设计中的非差异部分采用IP复用策略；对于非性能关键的专用功能采用软件实现；对于性能关键的专用功能采用行为综合方法；而在行为综合无法满足要求时再采用传统的硬件工程设计。

上述方法中,IP复用技术在缩小设计能力差距方面最具潜力。通过充分利用现有IP,设计人员只需专注于开发能够使其产品区别于其它同类产品的新IP。

基于平台的设计是一种IP复用策略,它为芯片产业提供了最好的机会去解决SoC设计中固有的生产率和验证问题。供应商正在与IP一起提供设置工具,使设计人员可以快速选择期望的选项以自动设置IP。

然而,自动化的潜力一直难以实现,因为不同IP供应商所采用的IP文件和封装格式大不相同。另外,描述IP的技术通常不是机器可理解的。

现在,许多问题正通过引入SPIRIT联盟的XML方案加以解决。XML是在提供数据以描述IP功能性和可配置性时的规范。

这种以XML代码表示的标准IP元数据描述旨在收集全部IP数据资料和设置信息,以便将IP集成到设计中。其做法是采用一种机器可理解的格式实现整个过程的自动化。IP用户不必费时进行IP的特征化以使其符合他们的设计流程。

采用XML描述来生成IP文档有两个主要优点:

一、XML是一种开放的、可扩展的数据标准,由万维网联盟(W3C)控制和维护。在许多不同种类的应用中,XML数据可以被读取、交换和转换。

二、许多应用(EDA和非EDA)、类库和开发环境已经支持基于XML和多种软件语言的工具开发。

目前,最显著的平台设计策略是提供可配置的IP以及能够在不同设计环境中实现这种可设置性的工具和XML文档。

第二种新兴的设计策略涉及配置整个设计的各种工具。这些工具着眼于整体设计,并可根据设计需求修改或优化设计。

这些新工具不仅要处理现有设计数据,而且要适当地更新XML文档。这些工具可以恰当利用设计中的新硬件资源,以适合的总线结构综合硬件,并为新创建的硬件生成XML描述文件。这样就使硬件能够自动集成到现有设计中。

作者:John Wilson

Platform Express产品线经理

明导资讯公司