AVR AT90S1200 IP核設計及復用技術

　　1 引言

　　隨著芯片集成程度的飛速提高，一個電子系統或分系統可以完全集成在一個芯片上，IC產業中形成了以片上系統SOC(System-on-Chip)技術為主的設計方式。同時IC設計能力和EDA工具卻相對落后于半導體工藝技術的發展，兩者之間日益加劇的差距已經成為SOC技術發展過程中一個突出的障礙。采用基于IP復用技術進行設計是減小這一差距惟一有效的途徑，IP復用技術包括兩個方面的內容:IP核生成和IP核復用。文中采用IP核復用方法和SOC技術基于AVR 8位微處理器AT90S1200IP Core設計專用PLC微處理器FSPLCSOC模塊。

　　2 IP核復用

　　IP核復用(IP Core Reuse)是指在集成電路設計過程中，通過繼承、共享或購買所需的知識產權內核(第三方IP核)，然后再利用EDA工具進行設計、綜合和驗證。IP核是IP復用的載體和核心內容，基于應用需求、規范協議和行業標準的不同，IP核的內容也是千差萬別的。在IC產業中，IP核被定義為用于ASIC， ASSP， PLD等芯片中，且預先定義好功能、經過驗證的、可重復利用的電路功能模塊，如PCI接口核、ADC核，FIR濾波器核、SD RAM 控制器核等。根據IC設計層次的不同。IP核分為以下三類:軟IP(Soft IP)、硬IP(Hard IP)，固IP (Firm IP)。文中主要涉及到軟IP核設計和復用。軟IP是可類比、綜合的硬件描述語言(HDL)模型，通常是可綜合的RTL模型，包括邏輯描述、網表和測試的文檔(Testbench)。軟IP設計周期短、投人少，與工藝無關，可靈活修改，在設計中只須對時序、面積和功耗進行修正，可復用性最高。基于軟核的設計(Soft Core-based design)是一種非常實用的SOC設計方法。它將系統的功能劃分為不同的軟核，包括微處理器、ALU、ROM、PC、ROM、I/0等。由于軟IP核僅提供能夠綜合的HDL描述，因此復用前需要深人地了解HDL文件描述的RTL模型，采用適當工藝技術的標準單元庫，再重新進行綜合、布局布線、后仿真提取網表、驗證時序等反復工作，最后集成到SOC設計中，因此SOC設計即生成的IP核和第三方復用IP核集成整合。

　　3 FSPLC微處理器IP核設計

　　3.1 IP軟核生成

　　文中基于AVR8位微處理器分析實際PLC梯形圖及其指令表，設計邏輯處理器LP、布爾處理器BP、存儲器位接口MBI等3個模塊用于提高PLC執行速度，下面以邏輯處理器LP單元模塊為例，描述IP軟核生成。PLC梯形圖包括8種基本電路:左分支觸點LBC/非觸點LBCN，右分支觸點RBC/非觸點RBCN，雙分支觸點DBC/非觸點DBCN，不分支觸點NBC/不分支非觸點NBCN。文中根據這8種基本電路設計一個16xl6觸點矩陣電路，即邏輯處理器LP單元，矩陣中各個觸點由電子電路模擬PLC梯形圖基本電路。在任何一個觸點上包括橫線輸入、豎線輸入、引出輸出線圈。觸點矩陣中共有256個橫線輸入圈節點hi，240個豎線輸入圈節點vi，256個輸出線圈Io。當一行超過16時，轉向下一行，以此構成矩陣電路，如hi[i]，vi[i]，lo[i]表示某個觸點的橫線輸入、豎線輸入、輸出，那么其同行的下一個觸點的橫線輸入、豎線輸入、輸出分別為hi[i+ 1]、vi[i+1]、lo[i+1]，其同列的下一個觸點hi[i+16]、vi[i+16]、lo[i+16]，那么輸出觸點的表達式為

　　I0[i]=I0[i-1]hi[i]+vi[i-16]lo[i-16]+vi[i]lo[i+16-1]hi[ i+16] 。

　　以此各個觸點彼此互相連接組成處理梯形圖的觸點矩陣。如圖1所示。