SoC设计中的片上通信体系结构研究

2 一种新的片上通信体系结构

据市场预测，2010年全球市场SoC规模将超过IC总市场份额，因此作为SoC设计的关键技术之一的片上通信的研究与设计，具有重要意义。在国内外研究片上通信体系结构的基础上，提出一种将共享总线和片上网络相结合的混合片上通信结构。图1给出了一个2通道混合片上通信结构的示意图。该混合片上通信体系结构，传统的片上共享总线与片上网络相结合。这样，对于具有N个主从设备的IP核的SoC，经配置M个通道可以并行通信。

图1中的仲裁器用于对所有模块的通信申请和授权进行仲裁。这里提出了基于申请和授权的优先级模型。



仲裁序列：在SoC中存在N个主设备，记为M1，M2，…，Mi，…，MN(i=1，2，…，N)，如果将第i次得到仲裁的主设备记为Xi，那么称序列{X1，X2，…，Xi,…}为仲裁序列。

仲裁周期序列段：如果仲裁周期为L(正整数)，那么第i个仲裁周期序列段为：



Mi到Mj的授权转移：如果Xi为Mi，Xi+1为Mi，那么称{Xi，Xi+1}为Mi到Mj的授权转移。

授权模式：在第i个仲裁周期序列段{X(i-1)×L+1，X(i-1)×L+2，…，X(i-1)×L+L}(i=1，2，…)中，如果第j个主设备的授权次数记为nj(j=1，2，…，N)，那么{n1，n2，…，nj，…，nN}称为第i个仲裁周期序列的授权模式。

由授权模式和仲裁周期的定义，可以得到：



通常，在某一运行时间段，SoC中的各个IP核的优先级将不同于另一个运行的时间段，因此，SoC中各个IP核优先级必然存在时间局域性。在此前提下，利用存储的第i个仲裁周期序列段中的授权模式，可以动态计算第i+1个仲裁周期序列段中的Xi×L+j=Mk(k=1，2，…，N)的机率和Mi～Mj的授权转移机率。

图1中，进行数据报文交换的是交叉开关。如果在SoC中仅有一个或两个DSP，该交叉开关可以有2M个端口；而如果存在一个处理器(DSP)阵列，则该交叉开关可以有2M+1个端口，以便于二维网格的扩展。图1中的MUX单元可以采用选通器，如图2所示。



目前已经完成对仲裁器、接口单元和片上交叉开关进行Verilog的RTL代码编写，在Cadence的仿真环境下进行了功能验证。下一步将针对TSMC的180 nm低功耗标准单元库进行逻辑综合，在Cadence的仿真环境下得到面积、功耗和主频等性能参数，并完成对上述片上通信结构后端的设计和评估。

3 结 语

经验证，该片上通信的优化体系结构既保留了片上共享总线的面积小的优点，又具有片上网络的并行通信的优点。目前，具有优化体系结构的片上通信IP核，已经应用于实际的SoC设计中。将来，该研究结果在我国已发展或将要发展的高清晰度数字电视处理器SoC芯片、3G无线移动终端基带SoC芯片和其他SoC芯片的设计中，都会具有重要的实际应用意义。