IP设计与验证技术-讲义

微电子中心IP设计与验证技术1IP设计与验证技术微电子中心IP设计与验证技术22019-2009秋学Agenda一、绪论二、总线技术三、APB总线和基于APB总线的IP设计四、Avalon总线和基于Avalon总线的IP设计微电子中心IP设计与验证技术32019-2009秋学第1章绪论一、Introduction二、IPReuse三、IPUsable微电子中心IP设计与验证技术42019-2009秋学年代201920192019201920192009工艺(nm)25018015013010070晶体管11M21M40M76M200M520M面积(mm2)300340385430520620时钟(MHz)75012001400160020002500金属层66-7777-88-9电压(v)2.151.651.351.351.050.75线长(m)820148020002840514010000Buffers/片5k25k40k54k230k797k集成电路工艺的发展态势第1章绪论一、Introduction微电子中心IP设计与验证技术52019-2009秋学SystemOnaChipLogic(CPU,DSP)Memory(SRAM,ROM,EPROM,FeRAM,MRAM,DRAM)AnalogorMixedSignal(DAC,ADC)MEMSOptoelectronicFunctionSoC微电子中心IP设计与验证技术62019-2009秋学SoCexample:PDAControllerLCDMemoryVGAMemoryRAMDACPLLsAudioDACADCARM720TCorePiccoloDSPUARTsTimerIrDALCDControllerVGAControllerPCMCIARTCUSBPMUINTCSDRAMCtr’lDMAKBDBUSCtr’lTechnology:0.35um1P3MChipSize:9.37X9.37mm2ARM7201basedGateCount:500KgatesApplication:DataTerminals,PDA,CNS,WebPhone微电子中心IP设计与验证技术72019-2009秋学C1:由于芯片集成度指数级增长引起的复杂性----更多的器件----更大的功耗----异种器件、部件或电路的集成C2:由于特征尺寸指数级减小引起的复杂性----互连线延迟----耦合噪声-----EMIC3:嵌入处理器----软硬件协同设计----嵌入OS和应用软件More&morecomplexHWMorecomplexEmbeddedSWApplications设计复杂性C1xC2xC3SOC设计的复杂性微电子中心IP设计与验证技术82019-2009秋学Source:2019CollettInternationalResearch,Inc.Firstsiliconsuccess201920192019100%39%44%48%NorthAmericaRe-spinStatisticsSoC’sRequiringOneormorere-spins:61%WhyIsSoDifficultDesignSoC?微电子中心IP设计与验证技术92019-2009秋学OnekeytosuccessfulSoCdesignistohavealibraryofreusablecomponentsfromwhichtobuildthedesign.ReusableIP的必要性微电子中心IP设计与验证技术102019-2009秋学IPDefine:为满足TTM的要求SoC的设计要采用新的设计方法学来提高设计效率。目前多采用基于平台的设计方法，用已设计好的模块来集成，这些模块就称为IP(IntellectualProperty)核。IP的可用性IP的复用性微电子中心IP设计与验证技术112019-2009秋学By201980%ofaSoCWillConsistofPre-designedIPBlocksPredesignedBlocksasaPercentofSoCs50%80%95%200020192019Source:Dataquest,2000MostofthecircuitryinSoCswillbeacquired,notdesignedIn-houseIP3rdPartyIPUsingFoundationBuildingBlocks微电子中心IP设计与验证技术122019-2009秋学IP分类软核（SoftIP）软核以可综合的HDL的形式交付的，具有更灵活的优点和在性能（时序，面积，功耗）方面不可预测的缺点。软核增加了知识产权保护的风险，因为使用者需要RTL源代码。固核（FirmIP）硬核（HardIP）已经进行了功耗，尺寸和性能的优化并映射到一个特定的工艺，通常以GDSII的形式交付。它们具有更可预测的优点，但是由于工艺相关性，因此有更少的灵活性和可移植性。因为版权保护并且不需要RTL代码，保护硬核的能力更好一些。微电子中心IP设计与验证技术132019-2009秋学IP来源来源一：芯片设计公司的自身积累传统Fabless设计公司在多年的芯片设计中往往有自身的技术专长，如Intel的处理器技术、TI的DSP技术、Motorola的嵌入式MCU技术、Trident的Graphics技术等。这些技术成功地开发了系列芯片，并在产品系列发展过程中确立了设计重用的原则，一些成功设计成果的可重用部分经多次验证和完善形成了IP。这些IP往往是硬核，如果这类硬核作为可提供给其他芯片设计公司使用的IP，就成了商品化的IP。微电子中心IP设计与验证技术142019-2009秋学IP来源来源二：Foundry的积累Foundry厂商是没有自身芯片产品的芯片代加工厂，但Foundry厂商为了吸引更多的芯片设计公司投片，往往设立后端设计队伍，来配合后端设计能力较弱的芯片设计公司开展布局布线工作。这支设计队伍也积累了一定的芯片设计经验，并积累了少量的IP(主要是Memory、EEPROM和FlashMemory等)，这些IP可以被需要集成或愿意在该Foundry流片的公司采用。此外，IP专职供应商与主要的Foundry厂商有长期的合作关系，经过投片验证的IP可由Foundry厂向用户提供，IP专职供应商从中提取一定利润。微电子中心IP设计与验证技术152019-2009秋学IP来源来源三：专业IP公司这是20世纪90年代中期兴起的，迎接SoC时代到来的设计公司。这类公司的特点是已经认识到将自身多年积累的IP资源转化成商品的商业价值，因此，它们不仅提供已经成熟的IP，同时针对当前的技术热点、难点开发芯片设计市场急需的IP核。它们提供的IP同样有硬核、固核、软核之分，但通过与Foundry厂合作，及时对所开发的IP核进行流片验证是IP硬核供应商的通行做法，这也是IP核及早面市的必要措施。微电子中心IP设计与验证技术162019-2009秋学IP来源来源三：专业IP公司ARM、Motorola、MIPS是提供嵌入式MCUIP核的主要专业公司；LEDA是模拟、混合信号IP硬核的最主要供应商，它同时还针对当前通信市场的需求开发并提供宽带应用、蓝牙和光通信(SONET/SDH)的IP核。上述这些公司都是当今芯片设计行业中专业IP供应商的代表。这些专业IP供应商的业务重点是开发IP核，对于进入自身所不熟悉的地区，则往往通过与当地的芯片设计服务公司结成合作伙伴或战略联盟来实现。微电子中心IP设计与验证技术172019-2009秋学IP来源来源四：EDA厂商在美国，EDA厂家也是提供IP资源的一个主要渠道，占到IP交易量的10%左右。主要的EDA厂商为了提供更适合SoC设计的平台，在其工具中集成了各类IP核以方便用户的IP嵌入设计，这些IP核基本是以软核形式出现。EDA厂商也并不直接设计开发IP核，而是与一些提供IP软核的设计公司合作，提供一种集成IP核的设计环境。由于集成的IP核多为软核，用户还要对这些软核做综合、时序分析、验证等工作，对用户的及时上市要求没有本质性改善，在IP核的支持、服务方面也存在诸多不便。因此，在国内的EDA厂家目前仍以经营EDA工具为主，从人员配备上讲，几乎没有提供IP资源的服务力量。微电子中心IP设计与验证技术182019-2009秋学IP来源来源五：设计服务公司我国台湾较有名的芯片设计服务公司有创意电子、智原科技等，它们除了积累了一定自己的IP硬核外，还与专业IP供应商，如ARM结成合作伙伴向用户提供更丰富的IP资源。祖国大陆的芯片设计服务公司有泰鼎(上海)，目前可为用户提供300多种IP硬核，涉及高速数字逻辑、I/O模块、模拟、混合信号、RF等领域。目前，国内还没有像国外那种专门设计IP硬核的公司，芯片设计公司的成功设计还不能被称为IP。但国内已经有专门提供软核的公司，以RTL形式提供给用户。微电子中心IP设计与验证技术192019-2009秋学第1章绪论一、Introduction二、IPReuse三、IPUsable微电子中心IP设计与验证技术202019-2009秋学IP重用对设计生产率的提高微电子中心IP设计与验证技术212019-2009秋学IPReuse软IP固IP硬IP验证IPSpec.文档功能验证文档IP开发与集成的功能验证分类标准提交什么？什么格式？满足性能？如何验证？费用多少？NeedCleanHand-of如何发布？如何包装？如何保护？属性描述、选择和转让格式标准微电子中心IP设计与验证技术222019-2009秋学IP产业面临的挑战Howtochoose？微电子中心IP设计与验证技术232019-2009秋学基于接口的设计灵活性&可移植性VC接口微电子中心IP设计与验证技术242019-2009秋学VCI接口协议规范VCI（VirtualComponentInterface）是定义一个通用接口，以便任何来源的IP都可以在芯片集成者的SoC内进行互连。按这种方式，IP就不再局限为被设计者一次使用。它们可以被反复重用。采用VCI作为自身接口的IP模块即可直接点对点地连接，也可通过带有VCI接口的总线进行互连。VCI的定义包括：一个请求响应协议一个传输请求响应的协议这些请求和响应的内容和编码微电子中心IP设计与验证技术252019-2009秋学VCI/AHBHostI/FVCIRXRXI/FHostI/FTXTXI/FFIFOBufferControl10/100MACVCIVCIVCIPHYHostDMATransaction10/100BusControllerLayerMACVCI接口:forexample微电子中心IP设计与验证技术262019-2009秋学OCP接口协议规范OCP-IP接口标准OCP-IP的OCP规范，开发于2019年，2019年推出2.0版，有工具，有技术支持，目前OCP-IP的成员有110家左右。微电子中心IP设计与验证技术272019-2009秋学当各IP模块集成到SoC上时，原本IP边界上的I/O端口会嵌入到SoC内部，不能被芯片外界访问到，IP核失去了原本的可控制性和可观察性。如何通过SoC芯片的I/O端口访问到内部的IP核是一个必须解决的问题。必须进行IP核测试访问机制的研究。目前，VSIA和IEEE提出了一些解决方案和标准，如IEEE的P1500标准（草案），VSIA测试访问体系结构（TST21.0）。IP核测试存取结构标准微电子中心IP设计与验证技术282019-2009秋学IP核质量标准采用第三方提供的IP核，IP核的性能和可靠性如何保证，IP售主提供的验证方法和测试向量是否足够测试IP等问题，都是IP使用过程中必须考虑的。例如，要设计一个高质量的IP，在系统级就应考虑设计风格，时钟策略，复位方式，验证策略，可测性设计，低功耗设计等。还有RTL级的代码编写质量，作为IP核的HDL代码的