面向电子书版面加速的IP核设计技术:人生的十二个面向

时间：2020-03-28 07:49:40　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要:该文探析了面向电子书版面加速和屏幕优化的IP核设计技术，分别从设计背景，技术简介，设计思路和优化改进几个方面探讨IP核设计技术。希望通过作者的努力，能够为便携式智能设备的发展打下坚实的基础。
　　关键词：IP核；版面加速；嵌入式
　　
　　电子书又称电子阅读器，一般是指用来阅读电子读物的一个电子显示终端，读者将在一定的硬件设备上进行阅读。根据硬件设备的不同，电子阅读器基本上可以分为：PC/笔记本阅读器，PDA（个人数字助理）阅读器，手机阅读器以及eBook专用手持阅读器等。
　　但屏幕阅读要想彻底取代纸质阅读，就要努力符合读者长时间静态阅读习惯和思维定势，就要努力提高屏幕的阅读舒适性。在这种背景下，人们对电子显示设备的研究取得了突破性的进展，那就是类纸显示设备的出现。
　　本文所探讨的IP核设计技术就是针对电子阅读器屏幕优化的一项重要技术,它是电子阅读器版面加速设计和嵌入式芯片软硬件重配置的基础。
　　一、IP核技术
　　IP（Intellectual Property）核，是密封在硬件设计中的可重复利用的软件，他是系统芯片的基本电路功能块，又称为内核。
　　根据不同的设计层次IP核可分为软IP、固IP和硬IP，也可称为软核(soft core),固核(firm core)、硬核(hard core)。
　　软IP是在行为(behavior)级上进行设计，包括逻辑描述(可综合的RTL级Verilog HDL或VHDL源码)，器件内部连线表，以及可测性设计。软核与具体的生产工艺无关，可根据用户设计系统的需要进行修改，具有最大的使用灵活性，但软核的关键路径时序性能无保证，最终性能主要决定于使用者采用的综合、布局布线和生产工艺。它主要用于接口、编码、译码、算法和信道加密等对速度性能要求范围较宽的复杂系统。
　　硬IP是在物理(physical)级上进行设计，是针对特定的工艺进行优化的，它具有不可修改的结构和布局布线，可作为单元库使用，且时序性能稳定，但它不能按设计需要修改和调整时序。常用的硬IP有存储器、模拟器件和总线器件等。
　　固IP是在结构(structure)级上进行设计，是一种介于软IP和硬IP之间的IP，它由HDL源码和与工艺有关的网表组成，可根据用户需要作部分修改，其关键路径是固定的。
　　二、IP核的基本设计思路
　　（一）系统时序
　　基于同步时序和寄存器来设计电路，若一定要加入门控时钟，要提供顶层的功能说明。必须明确说明时钟的数量和频率，这是针对动态逻辑电路而言的。说明芯片复位类型，使用同步复位。
　　（二）系统结构
　　必须指明外接总线机制，最好采用标准总线。不能指望总线连接的其它模块不出错，要引入一定的容错技术。若想混用软、硬IP，必须定义好层级策略。
　　（三）IP要求
　　IP软核必须包括延迟、面积和功耗的特性约束，以便进行综合时参考。硬IP要面向可能获得复用的工艺技术。
　　三、IP核的优化设计
　　在设计的实现与验证过程中，系统的可靠性抗干扰性也是很重要的一个方面，而指令冗余就是一种重要的抗干扰技术。在IP核的指令体系中，指令有操作码和操作数两部分组成。一般情况下，CPU取指令的过程是先取操作码，然后顺序的取出操作数。当执行完一条指令后，紧接着取下条指令的操作码和操作数，这些操作时序完全由程序计数器PC控制。一旦PC受到干扰而出现失误，程序将脱离正常运行逻辑，出现“乱飞”现象，操作码，操作数的读取顺序会发生混乱。指令冗余方法则是一种有效系统优化策略。常用的指令冗余方法有：
　　使用空指令NOP。可在多字节指令之后或程序入口处插入单字节空指令NOP，以保证其后的指令不被“冲散”。因为出错的程序即使落在操作数上，由于空指令NOP的存在，不会将其后的指令当作操作数执行，从而使程序恢复正常。
　　冗余重要指令。在对程序流向起决定作用的指令（如RET,LJMP,JE,JNC,DJNZ等），和对系统工作状态由重要作用的指令（如SETB,EA等）之前插入空指令，可确保这些指令的正常执行。
　　四、结束语
　　IP核是智能设备嵌入式系统的核心架构，它决定了整个系统运行的效率和状态，也决定了设备的工作情况，是一个成熟的IT产品必须依仗的重要组成部分。而对于IP核的设计，一直都是各个IT公司潜心研究的课题。大到微软新版本的操作系统的推出，苹果最新的便携式智能设备的研发，小到像魅族，OPPO，台电生产的多媒体播放器的固件升级，即便是像电梯操作面板这样的微型操作系统无不蕴含着IP核设计的影子。本文仅仅是从一个侧面阐述了面向电子书屏幕优化和版面加速的IP核设计技术的简单构想，研究虽不深入，却立足于最新的IT市场的需求。希望能为智能设备嵌入式系统的发展做出一点贡献，也能推动IP核技术的进一步发展。
　　参考文献：
　　[1]胡振华.VHDL与FPGA设计[M].北京：中国铁道出版社，2003.
　　 [2]James M. Feldman, Charles T. Retter.Computer architecture：a designer"s text based on a generic RISC[M].New York：McGraw-Hill，1994.
　　[3]许海燕，付炎.嵌入式系统技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2002.
　　[4]张杰.基于大幅面移动阅读的片上并行版面加速系统架构研究[D].南京：南开大学，2005.
　　（编辑：YH）

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