引言

　　SOC設(shè)計的快速發(fā)展是以IP核復(fù)用為基礎(chǔ)的,。IP核的復(fù)用極大地提高了SoC系統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)效率，SoC 片上總線的選擇是IP核間集成與互連的關(guān)鍵技術(shù)之一,。目前片上總線的標準協(xié)議眾多,，如ARM公司提出的AMBA總線、OPEN CORES組織提出的WishBONe總線,、IBM公司提出的CoreConnect總線等,。SoC片上總線的多樣性對IP核的封裝規(guī)范提出了要求。標準的IP核封裝規(guī)范有助于提高IP核的復(fù)用甚至實現(xiàn)核的即插即用,?；谔岣逫P核復(fù)用以及即插即用目的，OCP-IP組織提出了OCP-IP標準,。

　　1 OCP-lP標準介紹

　　1.1 OCP協(xié)議

　　OCP（Open Core Protoco1）標準是OCP-IP組織制定的一種以提高IP核的復(fù)用及實現(xiàn)IP核的即插即用為目的的IP核標準,。SoC芯片設(shè)計不再是門級的設(shè)計，而是IP核復(fù)用及其接口的設(shè)計,。IP核要集成到一個SoC系統(tǒng)中,，要考慮很多問題，例如：模塊間的同步,，如全局執(zhí)行,、數(shù)據(jù)交換的同步操作等；協(xié)議轉(zhuǎn)換匹配,，不同IP核模塊間可能使用不同的協(xié)議,，這樣必須考慮協(xié)議轉(zhuǎn)換的問題,。這些問題給IP復(fù)用帶來了一定的難度，并使SoC芯片的time-to-market （上市時間）延長,。為解決這些問題,，一些大公司提出了自己的總線接口標準，如ARM的AMBA總線,、IBM的CoreConnect總線,、Altera的 Avalon總線等。因為核的多樣性,，使用完全相同的總線接口是不現(xiàn)實的,。這就意味著，如果總線A上的一個IP核要移植到另一系統(tǒng)的總線B上,，就需要更改此IP的接口以及數(shù)據(jù)交換的方式,。如果設(shè)計者不了解總線B的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，這樣就對SoC系統(tǒng)的開發(fā)帶來一系列困難,。OCP-IP正是針對這些問題提出的,。OCP協(xié)議是免費的，獨立于具體的總線,。它將軟件中的分層概念應(yīng)用到IP核接口，提供一種具有通用結(jié)構(gòu)定義,、可擴展的接口協(xié)議,，能完全滿足IP內(nèi)核通信機制的所有要求，方便了IP核與系統(tǒng)的集成,。

　　OCP協(xié)議使IP核的功能與系統(tǒng)的接口無關(guān),，設(shè)計人員不需要了解IP核的功能也能利用它進行系統(tǒng)設(shè)計。OCP接口允許設(shè)計者根據(jù)不同的目的配置接口,，包括接口的數(shù)據(jù)寬度,、交換的握手協(xié)議等，并且在SoC設(shè)計中可以裁剪核的功能,，降低設(shè)計復(fù)雜性,，減小面積，同時滿足SoC的要求,；OCP接口還保持核在集成到系統(tǒng)的過程中完全不被改變（即在總線寬度,、總線頻率或電氣負載有變化時核保持不變）。使用OCP接口的設(shè)計可以交付即插即用的模塊,，同時支持核的開發(fā)與系統(tǒng)設(shè)計并行,，節(jié)省設(shè)計時間。

　　OCP采用套接口（socket）的方法實現(xiàn)IP核的即插即用,，如圖1所示,。Target Bus A表示總線A,，Target Bus B表示總線B。不論總線A或者總線B是哪一類總線協(xié)議,，只要總線上提供了OCP的接口,，那么符合OCP協(xié)議的IP核就可以隨意集成到任意總線上去，不需要重新設(shè)計IP核的接口,。

　　1.2 OCP通信方式

　　OCP協(xié)議定義了兩個通信實體問點到點的接口,。其中一個實體作為通信的主體（MaSTer），另一個作為從體（Slave）,。只有Master可以發(fā)命令,，Slave響應(yīng)Master的命令，接收或發(fā)送數(shù)據(jù),。封裝接口模塊必須擔當每個連接實體的對應(yīng)端,，當連接實體是Master時，封裝接口模塊就作為對應(yīng)的Slave,；當連接實體是Slave時,，封裝接口模塊作Master。

　　OCP的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示,。圖中有3個IP核,，其中左邊標有主控的IP核是通信的發(fā)起方或者主控方，稱為Master,；最右邊標有目標的是通信的目標對象,，稱為Slave；中間的IP核既可作為Master又可作Slave,；下面的框代表OCP-IP封裝接口模塊,；從Master出來并進入Slave的箭頭表示OCP請求命令，從Slave出來并進入Master的箭頭表示OCP的響應(yīng),。2個IP核通過接口通信的過程是：功能為Master的IP核發(fā)出請求命令給對應(yīng)的Slave端（總線封裝接口模塊）,；封裝接口模塊將請求命令轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的總線命令傳送給接收方的總線封裝模塊；接收方的總線封裝模塊再作為Master,，把對應(yīng)的內(nèi)部總線傳輸轉(zhuǎn)換成標準的OCP命令傳送給目標IP核,，目標IP核接收到命令并響應(yīng)命令和返回讀寫的數(shù)據(jù)。

　　2 基于AMBA總線的OCP接口設(shè)計

　　AMBA（Advaneed Microcontroller Bus Architecture）總線規(guī)范是ARM公司設(shè)計的一種用于高性能嵌入式系統(tǒng)的總線標準,。AMBA總線規(guī)范是開放標準,，通過ARM公司的授權(quán)就可以免費獲得。它獨立于處理器和制造工藝技術(shù),，增強了各種應(yīng)用中的外設(shè)和系統(tǒng)IP核單元的可重用性,。2.O版AMBA標準定義了3組總線：AHB（AM-BA高性能總線）、ASB（AMBA系統(tǒng)總線）、和APB（AM-BA外設(shè)總線）,。AHB總線應(yīng)用于要求高速度高帶寬的系統(tǒng),。本文以AHB總線為例，說明OCP -IP如何集成到SOC系統(tǒng)總線上,。AMBA總線基本傳輸時序如圖3所示,。HCLK表示AMBA系統(tǒng)時鐘，HADDR[31：0]表示32位地址總線,， HWDATA[31：O]表示32位寫操作時的數(shù)據(jù)總線,，HREADY是AMBA總線的讀寫狀態(tài)信號（狀態(tài)為低電平時，表示一次讀寫操作完成）,， HRDATA[31：0]表示讀操作時的數(shù)據(jù)總線,。

　　OCP-IP核的功能是可裁剪的，即OCP-IP的大部分信號都是可選擇的,。根據(jù)核的功能,，選擇使用不同的信號。OCP協(xié)議*有三大類型號：數(shù)據(jù)流信號 （dataflowsignals）,、邊帶信號（sideband）,、測試信號（test signals）。數(shù)據(jù)流信號主要包括：基本信號（basic signals）,、簡單擴展信號（simple extensions signals）,、突發(fā)擴展信號（burst exten-sions signals）和線程擴展信號（thread extensions signals）。邊帶信號主要包括：復(fù)位（,。Reset）,、中斷（Interrupt）、錯誤（Error）等信號,。測試信號主要包括用于支持掃描 （Scan）,、時鐘控制和IEEE 1149.1（JTAG）的信號,。此處用到的OCP信號包括：Reset（復(fù)位）,、Clk（時鐘）、En-ableClk（時鐘使能）,、MAddr（地址）,、MCmd（命令）、MData（數(shù)據(jù)）,、SCmDACcept（命令接受）,、SData（Slave數(shù)據(jù)）、SResp（操作成功標志）,。簡單的 OCP讀寫時序如圖4所示,。Request Phase表示請求階段，Response Phase表示響應(yīng)階段。A處由系統(tǒng)Master發(fā)出1個WR寫命令,，并給出地址A1和數(shù)據(jù)D1,。隨即Slave發(fā)出命令接受響應(yīng)ScmdAccept，此處一個周期完成了一個寫周期操作,，不需要Slave給出寫操作成功響應(yīng),。C處系統(tǒng)Master發(fā)出一個RD讀命令，并給出要讀取的地址A2,。Slave 隨即給出命令接受響應(yīng)信號SCmdAccept,，在下一個時鐘周期D處Slave給出要讀取的數(shù)據(jù)D2并在Slave響應(yīng)信號SResp上給出讀操作成功標志DVA。此處讀操作用了2個時鐘周期,。

　　OCP-IP跟AMBA總線的通信通過設(shè)計2個狀態(tài)機來實現(xiàn),，1個用于接收AMBA總線上的流水數(shù)據(jù)，1個用于發(fā)送接收的數(shù)據(jù)并以O(shè)CP標準的方式發(fā)送,。接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)機編碼如下：

　　H_CTRL_PHASE1用于存儲第1級流水指令,，H_CTRL_PHASE2用于存儲第2級流水指令，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5所示,。當AMBA總線上發(fā)出第1個讀寫指令,，狀態(tài)機進入H_CTRL_PHASE1狀態(tài)，并將第1個讀寫指令轉(zhuǎn)換成OCP命令,。因為AMBA總線是基于流水的操作,，所以第2條指令的發(fā)出不需要等第1條指令執(zhí)行結(jié)束。這時候,，狀態(tài)機進入H_CTRL_PHASE2狀態(tài),，并將此指令存儲起來，等OCP命令執(zhí)行結(jié)束立即將此存儲的指令轉(zhuǎn)換成OCP命令,。這時如果AMBA總線上再次發(fā)出第3條指令,，則狀態(tài)機進入H_CTRL_PHASE1狀態(tài)，并存儲此指令,。

　　發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)的狀態(tài)機編碼如下：

　　狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖6所示,。當接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)機接收到AMBA總線上的命令時，狀態(tài)機讓OCP接口進入第1個讀寫操作狀態(tài),，即READl狀態(tài)或者WRITE1 狀態(tài),。如果AMBA總線上有持續(xù)的流水操作命令，狀態(tài)機進入READ2狀態(tài)或者WRITE2狀態(tài),，即在AMBA流水操作的條件下,，以1結(jié)尾的狀態(tài)的下一個狀態(tài)一定是以2結(jié)尾的狀態(tài)，反之以2結(jié)尾的狀態(tài)的下一個狀態(tài)一定是以1結(jié)尾的狀態(tài),。

　　3 OCP-IP標準封裝軟件設(shè)計

　　OCP是一種IP的標準,，但不僅僅是IP的接口和數(shù)據(jù)的交換方式,，還規(guī)定了IP的配置、端口等信息,，即所謂的OCP配置文件,。讀取OCP配置文件中的內(nèi)容，就可以知道此IP對應(yīng)的OCP接口的性能,，從而對總線上的接口進行配置,，進而實現(xiàn)IP的即插即用。雖然IP的功能是多樣的,，總線的數(shù)據(jù)交互方式也是多樣的,，但OCP接口的時序是固定的。這樣就可以通過設(shè)計軟件提取IP的端口信息,，并自動生成相應(yīng)的OCP接口模塊,。該封裝軟件運行流程如圖7所示。用戶的 IP可以直接掛在該SOC平臺上進行驗證,，同時也可以直接集成到其他帶有OCP接口的SoC系統(tǒng)中去,，加快IP的驗證和系統(tǒng)的設(shè)計。

　　封裝軟件采用MFC（微軟基礎(chǔ)類庫）來編寫,。通過設(shè)計用戶界面,，用戶只要輸入IP的時鐘、地址,、數(shù)據(jù),、讀寫控制信號等，就可以自動生成1個OCP的接口,，以及標準的配置文件,，從而實現(xiàn)IP的即插即用以及IP的統(tǒng)一管理。

　　4 結(jié)語

　　OCP是免費的基于點對點傳輸?shù)腎P核的標準協(xié)議,，可重配置以及可擴展性很強,，可以實現(xiàn)真正意義上的IP核即插即用，減少SoC系統(tǒng)設(shè)計的時間,。本文討論了OCP-IP的協(xié)議與特點,，設(shè)計了基于AMBA總線的OCP-IP接口，提出了一種IP自動封裝的方法,，為IP核的集成和管理帶來極大的方便,。