基于ＦＰＧＡ与Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３的 仿真验证平台设计 李效白，周强，左捷，郭忠元，王孟 （中国电子上海华虹集成电路有限责任公司，上海２ ０１２０３） 摘要：本文主要介绍基于ｘｉ ｌ ｉｎｘ Ｋ７系列ＦＰＧＡ与ＡＲＭ ＣｏｒｔｅｘＭ３处理器设计的可用于仿真与芯片验证 的综合平台。本文结合ＦＰＧＡ与ＡＲＭ ＣｏｒｔｅｘＭ３处理器的技术特点，着重描述了该平台的软硬件设计与 应用场合，并介绍了平台实际使用情况。 关键词：ＦＰＧＡ；ＡＲＭ ＣｏｒｔｅｘＭ３；仿真验证平台 中图分类号：ＴＰ３３７ 文献标识码：Ａ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＦＰＧＡ ａｎｄ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｖｅｒｉｉｃａｔｉｆｏｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ＬＩ Ｘｉａｏ—ｂａｉ，ＺＨＯＵ Ｑｉａｎｇ，ＺＵＯ Ｊｉｅ，ＧＵＯ Ｚｈｏｎｇ－ｙｕａｎ，ＷＡＮＧ Ｍｅｎｇ （ＣＥＣ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｈｕａｈｏｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｏ．Ｌｔｄ Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０ １ ２０３ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｘｉｌｉｎｘ Ｋ７ ｓｅｒｉｅｓ ＦＰＧＡ ａｎｄ ＡＲＭ ＣｏｒｔｅｘＭ３ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｄｅｓｉｇｎｗｈｉｃｈ ，ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｈｉｐ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍＢａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ ａｎｄ ＡＲＭ ＣｏｒｔｅｘＭ３ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ．ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏ，ｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ａｐ— ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＰＧＡ；ＡＲＭ ＣｏｒｔｅｘＭ３；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ＣＬＣ Ｎｕｍｂｅｒ：ＴＰ３３７ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｃｏｄｅ：Ａ ｈｔｔ０．／／ｗｗｗ ｍｉｍｍＮｎ ｎ Ｌ—一设计 巾国集成电路 Ｃｈｉｎａ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ 圆 １ 引言 目前处理器芯片的集成度越来越高，流片价格 与周期也相当长。而对于大批量的芯片，所有芯片 都增加调试通道将会增加相当大的成本。并且，在 芯片还未流片前，能够提供一种可以验证芯片设计 可靠的平台，将有利于芯片在前期进行芯片功能验 证，并可以提前进行缺陷修改的丁作。故本文通过 软硬件介绍一种通过ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ—Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ，即现场可编程门阵列）与ＡＲＭ Ｃｏｒ— ｔｅｘＭ３处理器搭建的仿真验证平台。并结合了平台 的运行状态总结了该平台的优缺点及需要改进的地 方 ２仿真验证平台的系统设计 整个系统的设计思路为把ＦＰＧＡ作为一个带扫 描链的真实芯片，ＣｏｒｔｅｘＭ３承担ＰＣ（计算机）端 ＩＤＥ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，集成开发 环境）与芯片之间的通信逻辑解析，并承担一些外 设的控制与辅助功能实现的一个调度。 Ｋ７ ＦＰＧＡ在整个系统中，模拟需要仿真与验证 的芯片的数字部分。需要仿真的芯片的网表会放人 ＦＰＧＡ内部，该部分与芯片的数字部分完全一致。故 需要仿真的芯片必须在内核外再增加一层调试扫描 链，本设计调试扫描链按照ＪＴＡＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｔｅｓｔ Ａｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ）标准状态机设计，在网表中外包一层ＪＴＡＧ 扫描链，产生一些数据指针类寄存器进行移位操作， 把用户程序的执行情况通过ＪＴＡＧ扫描链移位到端 口上。另外，ＦＰＧＡ的ＢＬＯＣＫ ＲＡＭ可以用来存放用 户的代码。 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＢＴ６处理器用来作为Ｐｃ与ＦＰＧＡ 的桥梁。通过ＳＴＭ３２ＦｌＯ３ＶＢＴ６的ＵＳＢ ｓｌａｖｅ口，与 ＰＣ通信。ＰＣ端的ＩＤＥ通过各种调试指令下发到 ＵＳＢ端口，与ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＢＴ６进行通信交互。而 ＳＴＭ３２ＦｌＯ３ＶＢＴ６通过这些指令，解析为与ＦＰＧＡ的 ＪＴＡＧ扫描链能够识别的指令进行通信交互。 另外，ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＢＴ６还完成如下一些特殊的 功能，包含保存用户代码及上电自装载代码，ＬＥＤ 状态指示，可编程ＤＤＳ时钟源等。 在ＦＰＧＡ的外部，扩展了一些第 方丁具提供 商提供的调试接口，可以在某些芯片内核采购自第 三方，没有自主开发权的情况下，使用第三方的调试 工具进行仿真。扩展了系统的使用范围。 ３系统的硬件模块设计 ３．１电源 系统主电源采用ＬＭ２５７６开关电源进行供电。 该电源输入电压最高可以达到３７Ｖ的直流电源供 电。输出电压为５Ｖ／３Ａ。可以提供整个系统的电源。 另使用ＬＤ１１１７—３．３为整个系统提供３＿３Ｖ的电源。 ＬＤ１１１７—２．５，ＬＤ１１１７—１．８与ＳＴ１Ｓ０６（１．２Ｖ）为 ＦＰＧＡ提供内核电源『ｌＪ。 ３．２ ＦＰＧＡ Ｘｉｌｉｎｘ Ｋ７成为业界推出最快的２８ｎｍ新一代可 编程逻辑器件产品。Ｋｉｎｔｅｘ一７ ＦＰＧＡ将以最低的功 耗提供最优的性价比，以满足主要应用需求。与此同 时，Ｋｉｎｔｅｘ一７ ＦＰＧＡ系列产品利用２８ｎｍ ７系列所共 享的统一架构。本设计选用ＸＣＴＫ３２５Ｔ，该芯片包含 ３１８Ｋ的逻辑单元，４Ｍ的ＲＡＭ，可以满足同时装载 ＡＲＭ内核及各种外设模块，协处理器的要求。可以 装入各种目前现有的芯片产品的ＲＴＬ（ｒｅｇｉｓｔｅｒ— ｔｒａｎｓｆｅｒｌｅｖｅ１） ３。３处理器 ＣｏｒｔｅｘＭ３是目前主流的ＡＲＭ核处理器，本设 计选用ＳＴ公司生产的目前市场主流处理器 ＳＴＭ３２ＦｌＯ３ＶＢＴ６，ＳＴＭ３２Ｆ系列属于中等容量增强 型，３２位基于ＡＲＭ核心的带１２８Ｋ字节闪存的微控 制器。ＵＳＢ ＣＡＮ，７个定时器，２个ＡＤＣ，９个通信接 口，低功耗设计【 。可以提供ＳＷＤ的高速调试接口， 方便系统软件的设计和调试。并且固件库比较齐全， ｈ¨ｈ．／ｈＡＡＡＡ＾，产ｉｒ、ｍ ，’ｎｍ
