片上系統的總線結構發展現狀及前景
發布時間：2010-3-20 09:54
發布者：蹦蹦
|
引言 片上系統是在單芯片上實現全部電子系統的集成，通過使多個設備集成在一個芯片上，實現系統級的功能，減少甚至不再需要外部器件的使用，達到應用功能的快速實現、靈活修改及方便升級。進行片上系統設計時，首先要考慮的問題是系統的體系結構。為了提高開發模塊的重復利用率，降低開發成本，用戶采用了片上系統（芯片內部）總線。與芯片間總線（如SPI、I2C、UART、并行總線）、板卡間總線（ISA、PCI、VME）、設備間總線（USB、1394、 RS232）不同的是，片上系統總線為用戶提供了一個堪稱“理想”的環境：片上系統模塊間不會面臨干擾、匹配等傳統問題；但是片上系統的時序要求異常嚴格。 由于OPENCore和其它致力于開放知識產權（OPEN Intellectual Property）的組織的大力推廣（開發設計了大量基于標準化片上總線的免費模塊），用戶在片上系統總線的選擇上更傾向于采用那些標準化、開放化的方案。目前，業界采用比較多的標準化、開放化的總線方案包括：IBM 公司的CoreConnect、ARM的AMBA和Silicore公司的Wishbone。 1 三種總線的邏輯結構圖及描述 1.1 IBM CoreConnect綜述 圖1是CoreConnect的邏輯總線結構圖。 
從圖1可以看到CoreConnect定義了一個清晰的結構，囊括了所有系統組件和它們之間的連接。它一共設計了3種總線和1個高性能總線與低性能總線連接的橋，分別是OPB、PLB、DCR總線和OPB橋。OPB總線連接外部設備；PLB總線連接處理器、外部高速緩存和高速存儲器，是解決處理器運算瓶頸的總線；DCR總線將所有連接在PLB上的模塊通過雛菊花環的方式進行互聯配置，通過它來分配配置信息，減少對OPB和PLB總線的帶寬占用；OPB橋實現了PLB總線和OPB總線的互聯。因為PLB和OPB的性能差異，所以設計中OPB橋在 OPB總線端相當于一個主OPB設備，而在PLB總線端則相當于一個從PLB設備。這樣在從PLB設備發出信號時，主OPB設備就根據它的可接收情況進行分拆、重發等等。 1.2 ARM的AMBA綜述 圖2是AMBA的邏輯總線結構圖。
從圖2可以看到，AMBA也設計了3種總線結構和1個總線之間的橋。不同的是，AHB/ASB 總線是并列的關系。AHB/ASB總線都是系統總線，都可以實現與高性能設備的高速連接。ASB總線是ARM的第一代系統總線，但是ARM還是建議在新的設計中使用AHB總線。這不僅因為AHB可以實現更高性能的連接，而且由于AHB在使用ASIC開發的自動設計工具中整合起來更容易。APB橋的功能只是減少低性能總線對高性能總線造成的延遲。 1.3 Silicore的Wishbone綜述 圖3是Wishbone的邏輯總線結構圖。
圖3中Wishbone的邏輯結構是這三種總線結構中最簡單的一種，而且它只定義了一種總線結構——高速總線。如果一個系統既需要高速，也需要低速外部設備總線，則可以提供兩個不同的Wishbone接口。這樣要比設計兩個不同的總線接口簡單。Wishbone的用戶必須根據具體情況對協議標準進行擴展和詳細設計，定義數據順序和標簽的意義。其它的特性和函數同樣也可以由用戶自行添加。從這個意義說，Wishbone更像是給出了一個框架，等待用戶提出具體的實現方法和規范。 2 分析和對比 所有這三種總線都采用完全同步的方式，以時鐘信號為參考，在時鐘信號上升沿進行數據驅動或采樣。此外，它們在總線操作方式上也基本相同。三種總線最顯著的不同之處在于它們具體的性能參數、提供協議的完整性以及對協議應用的嚴格性。 表1主要對CoreConnect的PLB總線和AMBA的ASP總線結構作一對比，以便更清楚地看到這兩個系統的性能差別。 表1
還有一個很重要的問題是如何使用。雖然三種總線都聲明是免費使用的，但是IBM的 CoreConnect和ARM的AMBA都要求用戶注冊，使用中要標明原公司出處。更重要的是，對IBM和ARM來說總線是免費的，但是連接這些總線的 IP不是免費的。當然可以自己設計符合以上兩種總線標準的IP，并免費提供給別人使用，但是IBM和ARM可沒有這樣做。相反，開放知識產權模塊組織（OPENCoreS.ORG）將Wishbone作為自己開發SoC系統采用的總線結構。這在其網站上可以看到。 3 結論 從這三種結構上我們可以看到，它們的設計程度是重、中、輕三個等級。IBM的CoreConnect是重度設計，適合復雜和高端的應用，需要遵守嚴格的操作協議；AMR的AMBA是中度設計，適合較復雜的應用，需要遵守較簡單的操作協議；而Wishbone是輕度設計，適合較簡單、靈活、增加自己定義部分的應用，使用是完全免費的。 IBM的先天優勢使得CoreConnect能在業界長期存在，即便它不被廣泛接受。由于ARM的大力推廣和AMBA自身的技術特性，這種總線協議會在大多數應用領域被更多的設計者采用；而由于OPENCoreS組織的大力支持，Wishbone總線也將在比較長的時間內，在自由設計者和中小型EDA 企業中占據主導地位。 參考文獻 1. ARM Corp AMBA 2. IBM Corp CoreConnect 3. Silicore Corp WISHBONE 4. OpenCores 作 者：石家莊經濟學院 王飛 孫成立 來 源：單片機與嵌入式系統應用 2003（11） |
網友評論