FPGA设计的IP和算法应用综述基于IP的设计已成为目前FPGA设计的主流方法之一，本章首先给出IP的定义，然后以FFT IP核为例，介绍

　　IP(Intelligent Property) 核是具有知识产权核的集成电路芯核总称，是经过反复验证过的、具有特定功能的宏模块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中。到了SOC 阶段，IP核设计已成为和FPGA提供商的重要任务，也是其实力体现。对于FPGA 开发软件，其提供的IP核越丰富，用户的设计就越方便，其市场占用率就越高。目前，IP核已经变成系统设计的基本单元，并作为独立设计成果被交换、转让和销售。

　　从IP核的提供方式上，通常将其分为软核、硬核和固核这3类。从完成IP核所花费的成本来讲，硬核代价最大；从使用灵活性来讲，软核的可复用使用性最高。( 这部分内容前面已经阐述，这里再重申一下)

　　软核在EDA设计领域指的是综合之前的寄存器传输级(RTL) 模型；具体在FPGA设计中指的是对电路的硬件语言描述，包括逻辑描述、网表和帮助文档等。软核只经过功能仿真，需要经过综合以及布局布线才能使用。其优点是灵活性高、可移植性强，允许用户自配置；缺点是对模块的预测性较低，在后续设计中存在发生错误的可能性，有一定的设计风险。软核是IP 核应用最广泛的形式。

　　固核在EDA设计领域指的是带有平面规划信息的网表；具体在FPGA设计中可以看做带有布局规划的软核，通常以RTL 代码和对应具体工艺网表的混合形式提供。将RTL描述结合具体标准单元库进行综合优化设计，形成门级网表，再通过布局布线工具即可使用。和软核相比，固核的设计灵活性稍差，但在可靠性上有较大提高。目前，固核也是IP核的主流形式之一。

　　硬核在EDA 设计领域指经过验证的设计版图；具体在FPGA 设计中指布局和工艺固定、经过前端和后端验证的设计，设计人员不能对其修改。不能修改的原因有两个：首先是系统设计对各个模块的时序要求很严格，不允许打乱已有的物理版图；其次是保护知识产权的要求，不允许设计人员对其有任何改动。IP 硬核的不许修改特点使其复用有一定的困难，因此只能用于某些特定应用，使用范围较窄。

　　IP Core生成器(Core Generator) 是Xilinx FPGA设计中的一个重要设计工具，提供了大量成熟的、高效的IP Core为用户所用，涵盖了汽车工业、基本单元、通信网络数字信号处理、FPGA特点和设计、数学函数、记忆和存储单元、标准总线 大类，从简单的基本设计模块到复杂的处理器一应俱全。配合赛灵思网站的IP中心使用，能够大幅度减轻设计人员的工作量，提高设计可靠性。

　　Core Generator最重要的配置文件的后缀是xco，既可以是输出文件又可以是输入文件，包含了当前工程的属性和IP Core的参数信息。

　　(2) 基4，Burst I/O结构：提供数据导入／导出阶段和处理阶段。此结构拥有较小的结构，但转换时间较长；

　　(3) 基2，Burst I/O结构：使用最少的逻辑资源，同Radix-4相同，提供两阶段的过程。其配置界面有3页，第一页如图5-57所示，主要用于配置实现结构；第二页配置数据位宽以及数据处理操作；第三页配置数据缓存空间。

　　在实际硬件操作中，模块的执行速度是很重要的参数，所以本文分析第一种结构，即流水线Streaming I/O结构，以进行连续的数据处理。在进行当前帧的N点数据时，可加载下一帧的N点数据，同时输出前一帧的N点数据。此结构由多个基2的蝶形处理单元构成，每个单元都有自己的存储单元来存储输入和中间处理的数据，其结构如图5-58所示。

　　XN_RE、XN_IM ：输入操作数，分别为实部和虚部，以2 的补码输入。在使用时应当确定其位宽。

　　START ：FFT开始信号，高有效。当此信号变高时，开始输入数据，随后直接进行FFT 转换操作和数据输出。一个START脉冲，允许对一帧进行FFT 转换。如果每N 个时钟有一个START脉冲或者START始终为高，，则都可以连续进行FFT。如果在最初的START前，还没有NFFT_WE，FWD_INV_WE，SCALE_SCH_WE信号，则START变高后就使用这些信号的默认值。由于此IP Core支持非连续的数据流，因此在任何时间输入START，即可开始数据的加载。当加载N个数据结束后，就开始FFT转换运算。

　　UNLOAD：对于Burst I/O结构，此信号将开始输出处理的结果Bsports官方App下载。对于流水线结构和比特逆序输出的情况，此端口不是必要的。

　　FWD_INV ：用以指示IP Core为FFT还是IFFT，其等于1时IP Core进行FFT运算，否则进行IFFT 运算。至于采用哪种转换运算是可以逐帧变化的。这一端口给FFT的使用提供了很大的方便。

　　SCALE_SCH：(1) 在IP Core设计时，如果选择在计算过程中进行中间数据的缩减，那么此信号才可起作用；(2) 输入的位宽等于2*ceil(NFFT/2)，其中NFFT = log2(point size)。(3) 流水线的蝶形处理单元视为一个阶段，每个阶段进行一次数据的缩减，缩减的比例以此输入中对应阶段的两比特表示。(4) 每阶段的两比特数可以是3,2,1或0 ：它们表示了数据所需要移动的比特数。

　　Reset ：重置信号端口。Reset=1时，所有工作都停止且初始化。但内部的帧缓存保留其内容。

　　XK_RE，XK_IM ：输出数据总线 的补码输出。SCALE_SCH_WE有效时，输出位宽等于输入；否则，输出位宽= 输入位宽+NFFT+1。

　　DONE ：高有效。在FFT 完成后变高，且只存在一个时钟。在DONE 变高后，IP Core开始输出计算结果。

　　OVFLO ：算法溢出指示。在数据输出时，如每帧有溢出，此信号变高。在每帧开始处，此信号重置。