使用 IP 核和开源库减少 FPGA 设计周期

使用 IP 核和开源库减少 FPGA 设计周期

FPGA 开发的目标是按时、按质交付项目。

然而，这一目标说起来简单，实现起来老费劲了。根据业内最广泛的调查之一，西门子威尔逊集团 2022 年的调查（/），70% 的 FPGA 项目落后于计划，12% 的项目落后计划 50% 以上。

为此，很多FPGA厂商都在自己EDA工具里嵌入IP减少FPGA项目的开发周期，使用 IP 是一种有助于实现按时、高质量且经济高效的项目交付的方法。

我们现在处于一个比较好的时期，例如，Vivado 2024.1 提供了 681 个 IP，使用这些IP可以快速的搭建FPGA系统，比如XDMA IP可以快速搭建基于PCIe的应用。当然，这些 IP 核的适用性取决于目标设备系列和设备的所需功能。

利用这些 IP 模块可以加快开发速度，并通过利用经过验证的组件降低技术风险。此外，这些 IP 核通常附带示例和测试平台，这有助于我们了解它们的操作和用法。

然而，这些IP并不能提供我们设计中需要的所有功能。在这种情况下，我们可能需要开发定制解决方案、购买第三方 IP 或使用开源IP库。

接下来，我们介绍几个高质量开源库来支持我们的设计：

FPGA_Library

该库包含诸多IP，包括图像处理、数字信号处理、接口等。

Open Logic

这个开源 VHDL 库提供了各种专注于 IP 外设创建的 IP 核。它提供了用于CDC、内存、FIFO、仲裁器、时分复用和其他功能（如 PRBS、延迟和桶形移位器）的模块。对于 AXI 支持，Open Logic 包括 AXI 主设备、从设备和流水线。它还提供用于 UART、SPI、I2C 等的接口 IP，使其成为 AXI 端点的宝贵资源。

HDL 模块

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该库提供一系列 AXI IP，包括interconnects 和 crossbars，以及 FIFO 等基本基础设施。为了支持仿真，HDL 模块还包括总线功能模型和通用组件，例如环形缓冲区、LFSR、数学函数和正弦发生器。通过阅读文档可以很好地了解它。

SURF（SLAC 终极 RTL 框架）：

SURF 提供 AXI、以太网和设备库。设备库特别有用，带有 ADC 和 DAC 等外围设备的驱动程序。SURF 使用 CocoTB 和 GHDL 进行验证，使流程变得简单。

PSI Lib

由 Paul Scherrer 研究所开发，该库提供内存、FIFO、跨时钟域、时分复用、AXI 接口和其他常见模块的 IP 模块。

PoC Lib（Pile of Cores）

由Technical University of Dresden大学提供，PoC 专注于内存、FIFO 和 I/O 控制器。它利用了 CocoTB、OSVVM、UVVM 和 VUnit 进行验证。

以上这些只是一些常用的库，可以结合之前推荐的开源库一起使用：

这些开源库可以帮助开发解决方案，而无需从头开始。其中许多库与 Vivado 完美集成，简化了它们的使用。

当然，这些库并不权威，需要结合使用场景进行修改和优化。

最后要注意的是：使用这些开源库时，请确保阅读、理解并遵守其开源许可证，以避免潜在的麻烦。