开源软核处理器介绍

以下内容摘自《步步惊芯——软核处理器内部设计分析》一书

      随着FPGA技术的发展，以及EDA软件工具的进步，如今的FPGA应用范围越来越广，以致出现了SOPC（System-On-a-Programmable-Chip：可编程片上系统）的概念，用可编程逻辑技术把整个系统放到一块可编程逻辑芯片上，其中可以包含处理器、DSP、RAM、ROM、总线控制器、UART控制器、以太网控制器、USB控制器、JTAG接口、FPGA编程接口等各种功能模块，且每个功能模块都可以设计成为IP（Intellectual Property）核，IP核指的是完成某种功能的设计模块。借助于IP核以及一些标准的总线接口，硬件设计开发者可以像搭积木那样搭建硬件平台。

      IP核有三种：软核、固核、硬核。软核指的是在寄存器级或者门级对电路功能用HDL（Hardware Description Language）进行描述，表现为VHDL或Verilog HDL代码，软核与生产工艺无关，不涉及物理实现，为后续设计留有很大的空间，增大了IP的灵活性和适应性。用户可以对软核的功能加以裁剪以符合特定的应用，也可以对软核的参数进行设置，包括总线宽度、存储器容量、使能或禁止某些功能块等。固核是完成了综合的功能块，通常以网表的形式提交给客户使用。硬核指的是以版图的形式实现的设计模块，它基于一定的设计工艺，不同的客户可以根据自己的需要选用特定生产工艺下的硬核。软核使用灵活，但其可预测性差，延时不一定能达到要求；硬核可靠性高，能确保性能，如速度、功耗等，可以很快投入使用。

      本书关注的并不是如何使用各种IP核搭建SOPC系统，我们所感兴趣的是由于采用了可编程逻辑器件设计各种硬件模块，由于使用了硬件编程语言，那么任何一个人都可以通过阅读源代码掌握各种功能模块的内部结构，比如可以掌握处理器内部的结构、原理，同样的，不需要高昂的代价、漫长的周期我们就可以在FPGA上设计自己的处理器，就像开源的操作系统将操作系统拉下神坛，开源处理器也揭开了处理器的神秘面纱，使得人人皆可谈论，正所谓：昔日王谢堂前