可编程系统芯片解决方案的三个关键问题
时间：03-26
来源：今日电子
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支持工具
整合复杂可编程系统芯片的工具会带来新的复杂性和需求。在这层面所要求的开发工具特性如下：
高水平的设计能力；
快速生成应用程序的新方法；
软/硬件协同验证；
以总线为基础的通信；
器件/系统建模及设计划分；
创新的调试功能。
为了支持这种高水平的集成，开发工具必须协调配合。半导体器件和设计环境必须协调一致，从而达到事半功倍的产品开发效率。对设计人员来说，尽管添加了混合信号和Flash功能，可编程系统芯片环境下的设计工作应当与数字设计流程环境一样流畅简明。
这些新工具必须能让设计人员在设计中轻松执行和配置外设、在外设之间建立连接、创建或导入构件模块或参考设计，以及进行软/硬件验证。这些工具套件还应包含全面的软/硬件调试功能及整套实用程序，以简化基于软处理器内核嵌入式解决方案的开发工作 (如ARM和8051)。
可编程系统芯片工具组必须为用户提供软/硬件设计中的高度灵活性，以便进行系统建模。设计工程师和系统工程师能在FPGA逻辑门上自由划分其应用，也可通过选配软处理器内核或透过软、硬件结合的方式在软件中执行。
设计生成工具必须提供非常灵活的环境以及多种选项。只要有足够的FPGA逻辑门资源，用户便能在设计环境中导入任何数量的小型应用附属程序。由图形用户界面支持，这些小型应用附属程序可以在设计及不同的外设中实现，只需单击鼠标便可进行所有配置，过程中完全无须HDL编码。与此同时，该工具链还会创建主干，连接所需的外设，以及生成低层处理所需的控制。所有这些都会在后台自动完成，无须用户直接介入。这些以图形用户界面为基础的工具使用容易，而且提供快速的设计开发。这些工具并不排斥传统的HDL编码开发，让习惯于这种开发流程的用户也可采用HDL编码来按需要连接各个门电路，或实现高度定制化的设计。
由于可编程系统芯片技术增加了复杂性和前所未有的集成度，仿真因此在设计验证中扮演举足轻重的角色。混合信号元件可在数字逻辑中进行行为化模型，并在数字环境中验证。可编程系统芯片工具解决方案必须提供整套数字化行为仿真模型，对所有集成在芯片上的各种资源给予仿真支持。这个策略能大幅降低工具成本，因为它不再需要昂贵的模拟建模工具，而能够有效实现系统级仿真的模拟建模工具一般高达10万美元。
由用户或应用生成器创建的RTL应可顺利地通过逻辑及物理综合。可编程系统芯片技术提供优异的集成能力，为单芯片设计的验证带来很大挑战。因此，必须采用先进的调试工具在堆栈中各个应用抽象层面进行设计验证。例如，用户应可在应用指定的模块中嵌入逻辑分析器，以实现实时传感功能；并且还可将这些分析器与主干接口，实时地监控外设的活动。此外，还需要额外的调试功能来让用户存取和修订与外设、寄存器列、嵌入式SRAM和Flash内存有关的配置。
由于可编程系统芯片平台支持嵌入式处理解决方案，因此也必须支持流行的内核，如8051和ARM7，才能实现最广泛的应用。由Actel和其他供应商提供的工具能协助用户用C语言构建应用，且特为可编程系统芯片器件上运行的软MCU而优化。用户可利用其软件调试工具调试程序代码，并在协同仿真的环境下执行指令集仿真。
设计团队非常需要开放式的设计环境。这种设计环境能促进技术生态系统的发展，使客户、用户群、第三方工具开发商和设计公司能够联结一起，形成互动。其中，每一位成员只需专注于自己所长，即可创造出一个高效和低成本的开发环境。系统设计人员能够从生态系统掌握所需的资源。
可编程系统芯片技术和设计开发环境能让用户在高抽象度的层面进行设计，并且轻易导入和导出小型应用附属程序。这些模块化和已定义的小型应用附属程序更有助于IP的重复使用和共享。客户可开发小型应用附属程序以支持其应用，也可以将其混合、匹配和内部共享。第三方工具供应商可针对特定的纵向市场应用开发小型应用附属程序生成器，又或采用模型将小型应用附属程序生成器作为工具链的一部分分发出去，从而加快设计开发。此外，系统设计人员还可结合处理器/微控制器生态系统，与多个解决方案供应商共同协作。
总结
由于在有效性、易用性和成本效益上的固有优势，FPGA供应商更容易开发可编程系统芯片解决方案。设计架构决定了是否能缩短开发周期和降低开发成本，保持高度的灵活性，以满足不同用户群的各种需求。
采用类似于OSI网络堆栈的开发环境能够简化开发流程，让传统的数字设计人员依照习惯在低层进行设计；至于非传统的FPGA设计人员则可通过导入和配置小型应用附属程序，在较高层次进行设计。对于熟悉嵌入式处理器的设计人员来说，可以利用熟悉的C编码并在软件中进行全盘设计。该模型还提供各种灵活的结构化手段，充分发挥高集成水平，便利于IP的重复使用和加快设计开发。
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