SOPC芯片调研

SOPC芯片调研目录引言.........................................................................................2SOPC芯片主要厂家................................................................2Xilinx公司的XC9500系列......................................................4Altera公司的APEX20K系列的EP20K1000EBI652-2X...........4总结.........................................................................................5引言System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。以SOPC为核心的电子产品,是近几年集成电路中发展最快的产品.SOPC将进一步扩大适用领域,将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用.SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果，目前0.13微米的ASIC产品制造价格仍然相当昂贵，相反，集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑的SOPC芯片在应用的灵活性和价格上有极大的优势。SOPC被称为“半导体产业的未来”。本文将通过对SOPC芯片厂家和系列产品的介绍，并针对Xilinx公司的XC9500系列和Altera公司的APEX20K系列的EP20K1000EBI652-2X更加详细的介绍SOPC的性能以及用途。SOPC芯片主要厂家目前已有几家IC供应商能够提供SOPC,其中最为典型和著名的公司有Atmel、Xilinx和Altera。Atmel公司于1999年开发出首个基于RISC的现场可编程系统级集成电路(FPSLIC——FieldProgrammableSystemLevelIC)——AT40KFPGA.Xilinx公司和Altera公司也于2000年宣布开发各自的可编程系统的产品,2001年亦已投产.Xilinx公司的SOPC芯片型号为Spartan、Spartan-Ⅱ、Virtex、Virtex-Ⅱ、XC4000和XC9500系列,Altera公司的SOPC芯片为APEXEP20KE系列。除此之外,推出SOPC芯片的公司还有:Tri-second、IDT、Genesis、Cygnal、Cypress等公司。这些SOPC芯片的技术基本代表了当今SOPC技术水平。SOPC中一个重要的部件是CPU，因为没有这个大脑，也就谈不上SOPC了。围绕着这个CPU，各个厂家各出其招.首先是软核的方案，Altera成功推出Nios和NiosII，在Cyclone等系列上得到了广泛的应用；Xilinx也不甘落后，推出了MicroBlaze，新的系列产品都支持这个CPU。在SOPC中使用软核的好处不言而喻，和普通SOC中使用软核有异曲同工之处。一方面给使用者带给了设计上的灵活性，同时升级到其他系列产品也很方便；几款软核还可以嵌入RTOS。Nios还给用户提供了自定义命令的功能。可以说软核的使用加快了FPGA市场的普及。正是因为看到这个市场，CPU的风云人物ARM也不甘落后，也和Actel一起推出了Cortex-M1，也准备在FPGA软核这个市场上大显身手。Cortx-M1和ARM以前的产品有兼容性，因为很多嵌入式系统使用的是ARM7或ARM9，这样在系统升级的时候，投入的成本会小得多。下面简单介绍各个软核的特点：①Xilinx的MicroBlaze感觉和ARM7比较接近，32bitRISC，3级流水线，哈佛结构。采用IBM的总线构造CoreConnect，感觉没有太特殊的地方。开发工具为ISE.（很想知道它占用FPGA的情况）②Altera的NiosII也是32bitRISC，据说可以达到200DMIPS，采用Altera特有的总线结构Avalon总线结构。根据性能需要，可以有三种的选择：快速，标准，经济，占用的FPGA资源相应减少。支持RTOS，例如MicroC/OS-II以及NucleusPlus。（更希望它支持ucLinux）,开发工具为QuartusII中的SOPCbuilder.③ARM的Cortex-M1Cortex-M1的性能参数大致为：基本相当于ARM7-TDMI,，使用thumb2命令集的一个子集，最高频率为170MHz，处理能力达0.8DMIPS/MHz，占用FPGA资源为4300TILE.。开发工具还是那些常用的（ADS，Realview等）接下来看一看硬核的方案。Altera推出的带有硬核的SOPC是Excalibur，它的设计思想是把Apex20KE与一个ARM922的200MHz集成起来，这个主意看起来很不错，但是实际效果并不好。在Altera的官方网站上，已经明确告诉用户，新的设计不推荐使用这个器件。主要原因应该是产品定位和成本的问题。Excalibur并不适合做终端产品，因为它太贵了；如果作验证系统的话，他又太弱了，很多厂家推出专门的FPGA验证系统。所以看来是市场决定了产品生存。所以看来Altera现在的SOPC主打产品还是使用NIOS-II作为CPU。再来看看Xilinx的硬核方案，Xilinx使用IBM的powerPC作为硬核，而且有的系列还集成了DSPslice可以说，性能很高，毫无疑问他的产品定位应该主要是高端的通信，军事，多媒体等领域。Xilinx推出这些产品的一个重要原因，就是他解决了价格的问题。因为它使用的是65nm和90nm的工艺，而且采用ASMBL技术，所以可以低成本提供高性能的芯片。针对这一趋势，其他的FPGA大厂，也会很快推出带有硬核的高性能的SOPC器件。Xilinx公司的XC9500系列XC9500系列被广泛地应用于通信、网络和计算机等产品中。该系列器件采用快闪存储技术（FastFlash），比EECMOS工艺的速度更快，功耗更低。目前，Xilinx公司XC9500系列CPLD的tpd可达4ns，宏单元数达到288个，系统时钟可达到200MHz。XC9500器件支持PCI总线规范和JTAG边界扫描测试功能，具有在系统可编程功能能力。该系列有XC9500、XC9500XV和XC95000XL三个类型，内核电压分别为5V、2.5V和3.3V。Altera公司的APEX20K系列的EP20K1000EBI652-2XAltera公司新型可编程逻辑器件APEX20K系列于1999年第一季度正式面世。在可编程逻辑器件领域中,APEX20是第一个成功地将乘积项、查询表功能及内嵌式集成的体系结构。APEX20将整个复杂的系统集成于一片可编程芯片内,实现了集成度的突破。此外,APEX20K也是第一个器件密度达到百万门、系统性能可支持64位/66MHzPCI标准的产品系列。APEX20K的第一个产品是40万门的EP20K400,该产品已开始供应市场。EP20K400不仅有Altera先进的Quartus设计环境的支持,并且有一整套配套的智能核心（宏功能）,包括来自Altera及其AMPP合作伙伴计划成员的处理器及外围设备、电讯和数据库功能、DSP（数字信号处理）功能及PCI以及其他总线接口。总结SOPC技术的目标就是试图将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速器、DSP系统、数字通信系统、存储电路以及普通数字系统等，在单一可编程片上系统中实现，使得所设计的系统在规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化，而这也是SOPC技术发展的根本方向。目前SOPC的发展趋势主要体现在以下四个方面：一是向更高密度，更大容量的千万门系统级方向迈进；二是向低成本、低电压、微功耗、微封装和绿色化方向发展；三是IP资源复用理念将得到普遍认同并成为主要的设计方式；四是嵌入式处理器IP将成为SOPC的核心。SOPC被称为“半导体产业的未来”。以SOPC为核心的电子产品，是近几年集成电路中发展最快的产品。SOPC将进一步扩大适用领域，将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用。未来SOPC是嵌入式应用的主要形态，是各相关学科的交汇点，因此只有实现这些学科的相互交融才能实现SOPC技术的飞跃。随着处理器以IP的形式嵌入到FPGA中，是我们有理由相信,可编程片上系统SOPC的普及应用时代已经离我们不远了。