【硕士论文】基于AMBA总线的SPI协议IP核的实现与验证.pdf

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1、摘要摘要在SOC设计日趋复杂化的今天，其发展的两大挑战是IP复用技术和IP互联技术，研究IP复用技术对于业界具有重要的现实意义。SPI接口技术是一种高速、全双工、同步的通信总线，并且连线简单，有利于节省PCB空间，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。本项目设计了一种可配置为Master或Slave模式，可设置通信速率并能适用于不同传输模式的SPI协议IP核。这符合SOC设计技术发展的方向，具有重要意义。综合分析对比了Silicore的Wishbone、IBM的CoreConnect和ARM的AMBA总线的技术特点。Wishbone总线配置简单、灵活，

2、有丰富的免费资源。CoreConneet总线构造完整、通用，功能强大，但是对于嵌入式应用来说可能太复杂。AMBA总线拥有众多第三方支持，已成为广泛支持的现有互连标准之一。特别是应用于低速系统连接的APB总线，技术简单，功耗低，实用性强，具有广阔的应用前景。根据Top．Down的设计思路，论述了基于AMBA总线的SPIIP核模块的设计方法。首先分析设计目标，定义了模块外围的接口；进而根据设计功能划分子模块，进一步分析其内部互连信号，给出了完整的子模块和信号连接图，以及详细的端口连接和寄存器的设置。随后讨论了本D核的VerilogHDL实现过程。首先阐述了

3、整体的设计思路，进一步以时钟分频模块、APB接口模块、收发逻辑控制模块等关键子模块为例介绍了Verilog代码设计过程中的几种典型问题与其解决过程。使用业界通用的仿真软件Modelsim和QuartuslI对本P核的VerilogHDL代码设计进行了功能仿真和FPGA时序仿真。测试了模块重启、更换不同时钟分频频率、在所有四种传输时序下以及Master和Slave模式下的数据传输，结果表明模块的寄存器值和读写数据值均符合预期，仿真顺利通过。关键词：SOC、IP核、AMBA总线、SPI协议、VerilogHDL、FPGA第l章绪论第1章绪论1．ISOC设计

4、的发展现状随着超大规模集成电路和深亚微米工艺制造技术的发展，集成电路芯片的规模越来越大，目前，数百万门级的电路可以集成在一个芯片上。与此同时，多种兼容工艺技术的开发，可以将差别很大的各种器件集成到同一个芯片上。这就是当前兴起的片上系统SOC(SystemOnChip)。片上系统SOC(SystemOnChip)技术研究应用和发展正在微电子及其应用领域引发一场前所未有的变革【1】。SOC将电路系统设计的可靠性、低功耗等都考虑在IC设计之中[2】，把过去许多需要系统设计解决的问题集中在IC设计中解决，使系统工程师可以最大限度地简化电路设计，达到整体产品系统

5、的可靠性、精度、稳定等指标。因此，SOC技术是超大规模集成电路发展的必然趋势和主流。1．1：1国内外SOC技术的研究及应用现状随着SOC应用的不断普及市场需要更加广泛的SOC设计[1】[2】[3】。提供商必须拓展系统内部设计能力直接开发和交付设计套件和方法给客户。因此SOC设计逐渐向可编程SOC方向发展。中国在高新技术研究发展863计划中把SOC作为微电子重大专项列入了2000／2001年度信息技术领域的重大专项预启动项目，并在IP核的开发软硬件协同设计、IP复用、VDSM设计、新工艺新器件等方面布置了预研性课题。其中IP核的设计和制造是SOC技术中最

6、为关键的部分。在中国最适应SOC技术应用开发的SOC类型是可编程SOC技术。可编程SOC是在一块现场可编程芯片上提供产品所需的系统级集成，提供了ASIC的高集成度、低功率、小尺寸、低成本，以及FPGA的低风险、灵活性和上市快的特性，这也是SOC技术在微电子行业受欢迎的最根本的原因。目前，第1章绪论多家IC提供商已经在可编程SOC的实现方面提供了很多新的器件，所提供的系统功能包括处理器、存储器和可编程逻辑等，克服了与ASIC相关的工程费用高或制造周期太长的问题。1．1．2SOC设计技术的挑战SOC设计虽然在过去的十几年中已经取得了长足的发展，但是它所面临

7、的挑战也是不容忽视的[11141。SOC设计的主要挑战，一是系统级设计，这主要关系到IP核间的互连性；二是设计可重用的IP核，这是SOC设计面临的又一个挑战。IP核的互连使用片上总线结构解决。典型的D核互连结构见图1．1。片上总线可以提供IP核间的互连，但这又导致了另外一个问题：各IP公司使用的总线结构各异，因此不同公司IP核之间的互连非常困难。针对此情况，VSIA(VirtualSocketAssociation)组织一直致力于建立一种通用的片上总线结构。下一节将继续介绍。图1．1典型的片上网络此外，SOC的设计挑战还包括降低SOC功率损耗、SOC的

8、功率预测和最优化、信号完整性、混合信号设计等。上述的这些挑战是长期存在的，影响着当前和未来SO