實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無線通信功能_固定功能vs軟件可編程
當(dāng)我們決定使用第三方IP實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無線通信功能時(shí)我們需要作出一個(gè)選擇，是采用固定功能的IP還是軟件可編程的IP?？梢哉f這兩種方式各有千秋，實(shí)際上要選擇哪種方式還是要根據(jù)我們的解決方案和面向應(yīng)用市場(chǎng)來決定。
毫無疑問有很多的應(yīng)用市場(chǎng)，比如消費(fèi)電子或者物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用非常看重集成電路（IC）的成本，因此我們的選擇也很簡(jiǎn)單——采用硬核IP，這樣芯片器件的尺寸會(huì)相對(duì)小一些，因此成本也是最低的。在其他市場(chǎng)芯片成本可能不是最重要的因素，我們可以選擇軟件可編程的解決方案，這種方式更靈活，能夠及時(shí)修正后面可能出現(xiàn)的問題。那么我們?nèi)绾芜x擇更適合自己的呢？
固定功能的通信IP
對(duì)于固定功能的解決方案，電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化都是為了實(shí)現(xiàn)特定的操作，比如藍(lán)牙無線電，它會(huì)使用最少的邏輯門資源，占用的硅片面積也最小。一些成熟的無線技術(shù)已經(jīng)建立了完善的生態(tài)系統(tǒng)，比如WiFi、藍(lán)牙（Bluetooth）等，面臨變化的風(fēng)險(xiǎn)非常的小，因此固定功能的IP是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。
然而如果固定功能的解決方案出現(xiàn)了問題或者需要做出一些改變來適應(yīng)新的特性，比如需要改變IP的物理布局，這就需要更新集成電路的設(shè)計(jì)然后重新生產(chǎn)。這意味著需要額外的成本和更長(zhǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)間，此外還可能錯(cuò)過產(chǎn)品上市的最佳窗口期。
如果你想開發(fā)一個(gè)基于相同技術(shù)但是只需調(diào)整不同參數(shù)就可以體現(xiàn)不同特性的解決方案，比如WiFi應(yīng)用中不同的MIMO配置選擇，那么固定功能的解決方案也是不太適合的。因?yàn)槊糠N解決方案都需要根據(jù)要求配置進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)此類型的解決方案時(shí)我們很難找到降低成本的方式，每個(gè)設(shè)計(jì)都必須作為一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目。
現(xiàn)存通信標(biāo)準(zhǔn)有些也不夠成熟或者又推出新的版本規(guī)范，比如IEEE 802.11ax——下一代WiFi標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)采用固定功能IP的解決方案就具有相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于早期采用者而言。早期部署時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)多種問題，比如通信標(biāo)準(zhǔn)更改、互操作性兼容問題等。在這些情況下，我們就需要采用比固定功能方案更加靈活的解決方案了。
在設(shè)計(jì)新的無線技術(shù)或者對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行版本更新時(shí)，為了克服固定功能硬件可能引起的潛在問題，我們無疑需要采用更加靈活的方法。此時(shí)軟件可編程的解決方案是更好的選擇。
軟件可編程的通信IP
軟件可編程的解決方案是硬件和軟件技術(shù)的集合，通過修改在可編程處理器件上的軟件或固件實(shí)現(xiàn)物理層信號(hào)處理。這些器件包括可編程邏輯門陣列（FPGA）、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）、通用處理器（GPP）、片上可編程系統(tǒng)（SoC）等其他特定應(yīng)用可編程處理器。這些技術(shù)使我們可以基于現(xiàn)有的無線電系統(tǒng)添加新的特性和功能而不需要添加額外的硬件。
軟件可編程的解決方案的靈活性讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有更廣泛的適用性。一系列相關(guān)的解決方案都可以采用共同的平臺(tái)架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此新的產(chǎn)品能夠以更快的速度推向市場(chǎng)。軟件在不同的解決方案之間可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用，大大降低了開發(fā)成本。通過更新軟件就可以增加新的特性和功能，完全不需要在重新設(shè)計(jì)IP模塊。如果已經(jīng)將集成電路產(chǎn)品交付給客戶，而后又想增加新的特性或修復(fù)問題，這一特點(diǎn)將尤其有用。
然而軟件可編程的解決方案會(huì)增加硅片面積，繼而增加生產(chǎn)成本。使用通用處理器或者DSP需要大容量的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)和處理軟件代碼和算法。根據(jù)無線電的配置，這可以說是相當(dāng)大存儲(chǔ)容量了。舉個(gè)例子，WiFi 4x4 MIMO解決方案需要的存儲(chǔ)容量遠(yuǎn)多于WiFi 2x2 MIMO解決方案，當(dāng)然這也是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，可以利用額外的存儲(chǔ)空間增加一些新的功能特性，比如當(dāng)處理大量數(shù)據(jù)包時(shí)可以臨時(shí)擴(kuò)充緩存空間大小。因此軟件可編程的方法不太可能提供和固定功能方法一樣小面積的解決方案。
固定功能的IP核有兩種形式：“軟核”和“硬核”，而軟件可編程的IP核只能是“軟核”的形式。
軟核IP通常會(huì)提供可綜合的RTL代碼，采用不同的硬件描述語(yǔ)言，如Verilog。IP核以RTL的形式提供給芯片廠商就可以允許芯片設(shè)計(jì)者在功能上進(jìn)行相應(yīng)的修改，這樣設(shè)計(jì)者就可以做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低成本或者增加新的功能特性。軟核IP有時(shí)也會(huì)提供邏輯門級(jí)的網(wǎng)表，網(wǎng)表是IP核邏輯功能的布爾函數(shù)表示方式，采用通用的邏輯門或者特定的標(biāo)準(zhǔn)單元來實(shí)現(xiàn)。采用邏輯門實(shí)現(xiàn)的IP核可以用任意工藝實(shí)現(xiàn)，因此不需要提供正確的工藝或Foundary，開發(fā)者可以自己移植，由此帶來、更大的靈活性。門級(jí)網(wǎng)表類似于計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域中的匯編代碼清單。
硬核IP更接近于底層，在時(shí)序和面積上更接近芯片的實(shí)際性能，具有一定的可預(yù)測(cè)性，降低了由于最終設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤而導(dǎo)致必須重新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。它們通常采用底層的物理描述來定義然后以晶體管布局的形式提供給芯片制造商，比如GDSII，數(shù)字化IP核有時(shí)候也采用布局的形式提供。IP核的功能不能夠被芯片設(shè)計(jì)者所修改，晶體管布局必須遵循目標(biāo)foundary 的設(shè)計(jì)規(guī)則，硬核IP通常只提供一種foundary處理方式。很多設(shè)計(jì)者使用硬核IP來降低設(shè)計(jì)難度，同時(shí)也減少了系統(tǒng)集成難度和時(shí)間。
選擇正確的通信IP形式
我們意識(shí)到對(duì)于不同的應(yīng)用市場(chǎng)和解決方案有著不同的要求，尤其對(duì)用通信IP核的選擇并不是一款通用的，因此ImaginaTIon科技Ensigma系列無線IP核具有多種硬核和軟件可編程的可選方案來滿足這方面的需求。
? Ensigma Explorer無線IP：全面的軟件可編程的設(shè)計(jì)環(huán)境，同時(shí)具備一些固定模塊支持一些特定的通用功能，具備較高的性能和靈活性。
? Ensigma Whisper IP：固定功能的解決方案，面向消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)提供最高效的功率、芯片面積和性能特性。
但是最終采用哪種方案還是要取決于設(shè)計(jì)者，不光要考慮眼前的問題，而且還要考慮以后長(zhǎng)期的開發(fā)和可能需要增加的功能。
很多設(shè)計(jì)者可能會(huì)選擇固定功能的解決方案，因?yàn)樗麄兏粗丶呻娐沸酒某叽?，而且他們?duì)于這種方式也更熟悉，當(dāng)然也更方便。這種方式風(fēng)險(xiǎn)較小同時(shí)具有開發(fā)成本低，開發(fā)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)。盡管使用硬核能夠降低設(shè)計(jì)成本但是也僅適用于已經(jīng)確定以后芯片不會(huì)有功能上的修改等情況。集成電路設(shè)計(jì)的改變很難做到，特別是在流片之后。
有時(shí)候我們需要更大的靈活性，比如在設(shè)計(jì)過程中需要隨時(shí)更新一些功能，或者已經(jīng)投產(chǎn)后需要增加一些功能特性等，這時(shí)就需要采用軟件可編程的IP方案，對(duì)于整個(gè)集成電路的開發(fā)周期也有更高的成本效益。盡管這種方式對(duì)于硅片的成本相對(duì)較高，開發(fā)和集成時(shí)間也不能縮短，但它確實(shí)提供了在開發(fā)新的無線電標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所需要的靈活性。提供一個(gè)通用架構(gòu)平臺(tái)的能力使開發(fā)一個(gè)產(chǎn)品系列更有成本效益，并具有較高的重用水平。