隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，半導體工業(yè)進入深亞微米時代，器件特征尺寸越來越小，芯片規(guī)模越來越大，可以在單芯片上集成上百萬到數(shù)億只晶體管。如此密集的集成度使我們現(xiàn)在能夠在一小塊芯片上把以前由CPU和外設等數(shù)塊芯片實現(xiàn)的功能集成起來，由單片集成電路構(gòu)成功能強大的、完整的系統(tǒng)，這就是我們通常所說的片上系統(tǒng)。

IP復用是片上系統(tǒng)時代的核心技術(shù)之一。由于IP核的設計千差萬別，它們要能夠直接連接，就要遵守相同的接口標準。在片上系統(tǒng)中，處理器核和所有外設通過共享總線互通互聯(lián)，因此這些IP核必須遵守相同的總線規(guī)范。總線規(guī)范定義的是IP核之間的通用接口，因此它定義了一套標準的信號和總線周期，以連接不同的模塊，而不是試圖去規(guī)范IP核的功能和接口如何實現(xiàn)。一個片上總線(On-Chip Bus,OCB)規(guī)范一般需要定義各個模塊之間初始化、仲裁、請求傳輸、響應、發(fā)送接收等過程中驅(qū)動、時序、策略等關系。

芯片與電路板的資源和環(huán)境的不同，導致片上總線與板上總線存在若干明顯差異，包括：

①片上總線多采用單向信號線，而板上總線多采用三態(tài)信號。片上三態(tài)總線無論在功耗、速度、可測性上都存在很大缺陷，而且一旦出現(xiàn)多驅(qū)動情況便會損毀芯片(比如若應該輸出"Z"的信號實際輸出為"1"，而另有一個信號輸出為"0"，就形成一個低電阻通路，導致局部電流過大，熱量難以及時釋放，從而增加芯片功耗和大大降低芯片壽命)。由于片上布線資源較為豐富，因此片上總線多采用單向信號線。由于電路板上布線資源較為昂貴，因此板上總線多采用三態(tài)總線，但是由于三態(tài)總線的功耗問題和速度限制，目前板上總線也在向串行和非三態(tài)方向發(fā)展，如USB和PCI Express。

②片上總線比板上總線更加簡單靈活。首先片上總線結(jié)構(gòu)要簡單，這樣可以占用較少的邏輯單元;其次時序要簡單，以利于提高總線的速度;第三接口要簡單，如此可減少與IP核連接的復雜度。片上系統(tǒng)應用廣泛，不同的應用對總線的要求各異，因此片上總線具有較大的靈活性。其一，多數(shù)片上總線的數(shù)據(jù)和地址寬度都可變，其二，部分片上總線的互連結(jié)構(gòu)可變，如Wishbone總線支持點到點、數(shù)據(jù)流、共享總線和交叉開關四種互連方式;其三，部分片上總線的仲裁機制靈活可變，如Wishbone總線的仲裁機制可以完全由用戶定制。而板上總線則較為死板，時序也更加苛刻。

目前比較常見的片上總線規(guī)范有ARM公司的AMBA、Silicore的Wishbone、IBM公司的CoreConnect和Altera公司的Avalon。其他三種總線各有特點，其適用范圍也不同。AMBA 總線規(guī)范因ARM處理器的廣泛使用而擁有眾多第三方支持，被ARM公司90%以上的合作伙伴采用，已成為廣泛支持的現(xiàn)有互連標準之一。IBM公司的CoreConnect因為IBM的業(yè)界地位也有廣泛的應用。Avalon主要用于Altera公司系列FPGA中，最大的優(yōu)點在于其配置的簡單性，可由EDA工具快速生成。這三種片上總線雖然都是公開標準，但都不是免費的。而Wishbone則是一個真正開放和免費的規(guī)范。它最先是由Silicore公司提出的，目前由OpenCores組織維護。由于其開放性，因此OpenCores上的免費的IP核，大多數(shù)都采用Wishbone標準。Wishbone的優(yōu)勢除開放、免費、擁有眾多免費IP核外，還有簡單、靈活、輕量的特點，特別適合大型IP內(nèi)部的小型IP之間的互聯(lián)。在很多OpenRISC處理器設計中，各個模塊間的互聯(lián)接口中大量的采用了Wishbone總線規(guī)范。

Wishbone已被OPENCORE 聯(lián)盟采用，并且有可能成為IEEE標準。因此，Wishbone 總線從技術(shù)上講簡單、靈活、功能強大及易于移植，從經(jīng)濟角度考慮又全部免費，易于全面推廣。我們認為它極有可能成為未來SoC片上總線的通用標準，其前景看好。

Lattice在MachXO3等系列的產(chǎn)品中采用基于Wishbone總線的IP核設計，包括軟核和一些硬核(Harden I2C、SPI、Timer/Counter)。學習Wishbone的基本原理，對我們在使用和設計IP時都是很有幫助的。Wishbone作為一個輕量級片上總線，比AMBA等總線簡單的多，很適合片上總線的入門者學習。