利用fpga ip平台实现基于8051微控制器的socactel公司 ian land产品更新换代频繁的今天，抢占市场先机与提供优异性能同样重要。而soc在提升产品竞争力方面功不可没。fpga ip平台提供了大大简化于传统方法的快速soc设计方案，使设计者能在更短的时间内设计出功能更强大的soc
一直以来，从事消费电子、汽车电子等要求快速上市的产品的设计人员，都面临着设计时间缩短的巨大压力。现在，这种对时间要求比较苛刻的项目设计已经向其他领域转移，包括嵌入式控制和工业设计。加速产品的上市时间越来越重要，产品销售每推迟一周，对生产商就意味着很大的经济损失。举个例子，如果某产品的平均售价为1 500美元，生产商预计每周销售量达100件，若因设计缓慢而使产品推迟三个月上市，那么给生产商带来的损失将超过100万美元。勿庸置疑，近年来芯片设计领域谈论最多的话题就是系统级芯片（system-on-chip；soc）—因工艺技术和设计方法的突飞猛进而得以实现。但是soc的开发进程仍然比较缓慢，并且对市场变化非常敏感。而且，soc开发本身就是一项耗资大、风险高的工程。能够将soc生产发展到asic的规模、负担巨额的非经常性工程开支（nre）的公司也就寥寥无几，即便是有这种生产实力的公司，也必须仔细考虑取得投资回报的机会。 fpga现场可编程门阵列（fpga）作为一个灵活的设计平台，被设计人员广泛采用。 特别是在无线通信设计领域，这种趋势更加明显。本文介绍了fpga在无线通信设计中的一些应用。在该应用中，最初考虑选用专用标准产品(assp)方案和专用集成电路(asic)方案，但是当考虑到产品上市时间、设计灵活性以及产品未来过时等因素时，设计者最终选择了fpga方案。另外，产品的面市时间压力并不是促使设计者最终选择可编程逻辑器件的唯一原因。当今的工艺几何学令新一代可编程逻辑器件能以更高的速度、更大的i/o吞吐量和更低的成本实现更多的逻辑功能。 因此，过去只能用assp或asic实现的嵌入式应用，现在可用fpga来实现。现今，功能强大的fpga不再局限于引进系统粘合逻辑，还可作为soc平台，使工业设计人员方便地修改以进行变更、修复缺陷，或在用户需要升级和配合市场发展时开发未来的衍生产品。对过去选择半定制assp的设计人员来说，现在的fpga方案可谓趋于完美；和过去的asic方案相比较，基于fpga的定制方案能在短时间内建立，并能很好地适应变化多端的市场需求。fpga被广泛应用的另一个原因是编程到器件的可用ip模块的数量和范围都在急剧增长。ip模块按应用的不同分为很多标准功能类别，经过预校验和测试的ip模块，专门为可编程逻辑应用而优化，使设计人员能够快速构建系统并将其编程到fpga上。ip通常以网表 或rtl资源形式提供，设计者可以根据要求进行快速配置，而无需对ip作任何更改。例如，actel公司的core8051兼容8051指令系统，能让设计人员借助在现有微控制器架构方面的经验，发挥现有的大量代码和工具优势，进一步缩短开发周期。通常，ip核（如core8051）又具有片上调试功能，能简化内核在深度嵌入时的系统调试，缩短产品上市时间。当年产量在10万件以内时，fpga是一个出色的平台，很好地满足了工业设计和嵌入式控制市场的需求。基于微控制器的soc获得快速发展的两个主要因素：一是系统需要集成的元器件或外围组件的数量不断增多；二是应用软件和所选器件的专用驱动程序的集成问题。理论上讲，设计者希望以减少工序步骤和元器件数量来缩短开发时间，同时还需要简化应用软件的集成。目前比较流行的方案是在fpga内集成应用软件或是软ip平台，以简化工序、加速产品面市日程。图1将利用大量ip核组建soc的关键步骤和使用fpga ip平台的设计步骤进行了比较。
platform8051ip平台在单一模块中集成了若干元件，这些元件本身，同ip平台一样，也已经进行了预集成和预校验。当然，ip预构建模块面临的一个主要问题是用户可能并不想集成平台中所有的元件和特性。基于这点考虑，在集成元件模块时，将元件模块的关键产品特性设定成可配置选项。 actel公司的core8051实际上是这种预校验、可配置平台的一部分。所谓的platform8051，除了包含8位core8051微控器外，还包括5个其他ip模块：core10/100、coresdlc、corei2c、corespi和core16x50。设计者可以对这些ip核进行任意配置来实现不同的soc设计，节省时间和成本。core8051是功能齐全的单周期8位微控器，兼容流行的asm51指令代码，运行频率可超过40 mhz。8051指令代码被广泛应用于各电子工业领域的嵌入式系统中。图2给出了core8051的特性与结构框图。core10/100是以太网媒体访问控制器，能以10 mb/s或100 mb/s的数据率与局域网连接，具有用于物理连接的媒体独立接口（mii），并可按照ieee802.3标准执行具有冲突检