基于OR1200微处理器的以太网数据传输系统设计及其FPGA实现

发布时间：2017-08-08 01:22

  本文关键词：基于OR1200微处理器的以太网数据传输系统设计及其FPGA实现

  更多相关文章： 系统芯片 OR1200 WISHONE总线 知识产权 软硬件协同 现场可编程门阵列 嵌入式操作系统

【摘要】：芯片制造工艺水平的不断提高,使得将不同的功能模块集成在一块芯片上成为可能。近年来,系统芯片(System on Chip, SoC)技术作为一个跨学科的新兴研究领域,一直都是国内外研究的热点。越来越多的应用系统采用SoC来缩小产品尺寸、降低系统功耗和提高工作频率。知识产权(Intellectual Property, IP)核复用技术有效降低了开发成本、缩短了上市周期,增强产品的市场竞争力。本文结合SoC发展现状以及在研课题需求,提出了一种快速的SoC平台搭建方案,完成以太网数据传输系统设计。整个系统采用软硬件协同设计的思想,选择开源的32位微处理器OR1200作为系统核心中央处理器(Central Processing Unit, CPU),复用IP核搭建基于WISHBONE总线协议的SoC硬件架构,并在此基础上移植U-boot系统以及嵌入式Linux操作系统,最终在搭载Altera公司Cyclone IV E系列芯片的DE2-115开发板上实现。整个系统中,无论硬件部分的微处理器、互联总线协议和外设,还是软件部分的U-boot、Linux和设备驱动,都是在开源基础上进行修改或自主设计的,大大降低了系统开发成本；可根据需求对核心源代码进行裁剪、优化,提高系统性能；平台的功能和性能方面的运行结果为后期整个SoC系统的芯片实现提供有效参考。同时,该SoC系统亦可作为FPGA原型验证平台灵活地用到其它的集成电路(Integrated Circuit, IC)项目开发中。测试结果表明,SoC系统硬件架构仅消耗现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)11068个逻辑单元(占整个FPGA芯片的10%),剩余的逻辑单元可用来实现项目的核心逻辑一-IPSec协议的硬件处理电路；平台能够自启动U-boot系统,并且稳定运行Linux操作系统,数据在串口115200bps、网口10/100Mbps速率下稳定无错传输。本课题基于PSoC/SoPC领域方面的技术研究,具有良好的应用前景。
【关键词】：系统芯片 OR1200 WISHONE总线 知识产权 软硬件协同 现场可编程门阵列 嵌入式操作系统
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景与意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 研究内容与设计指标12
• 1.3.1 研究内容12
• 1.3.2 设计指标12
• 1.4 论文结构12-14
• 第二章 SoC系统开发相关技术14-36
• 2.1 OR1200微处理器14-21
• 2.1.1 基本架构14-17
• 2.1.2 寻址模式17-18
• 2.1.3 位和字节序18-19
• 2.1.4 寄存器集19-20
• 2.1.5 指令集20
• 2.1.6 异常模型20-21
• 2.2 WISHBONE总线21-28
• 2.2.1 接口信号21-23
• 2.2.2 互联类型23-24
• 2.2.3 数据操作24-28
• 2.3 以太网/IEEE 802.3标准28-32
• 2.3.1 MAC子层28-29
• 2.3.2 CSMA/CD协议29-30
• 2.3.3 MⅡ接口30-32
• 2.4 交叉编译环境32-34
• 2.4.1 GNU工具链32
• 2.4.2 make与Makefile文件32-33
• 2.4.3 OR1KSIM仿真器33-34
• 2.5 U-boot和Linux内核34-35
• 2.5.1 U-boot34-35
• 2.5.2 Linux内核35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 SoC系统整体实现方案36-44
• 3.1 软硬件协同设计36-38
• 3.2 系统设计方案38-42
• 3.2.1 硬件架构39-41
• 3.2.2 软件环境41-42
• 3.3 系统开发工具42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 系统的硬件架构设计44-76
• 4.1 系统硬件架构44-46
• 4.2 OR1200微处理器46-50
• 4.3 Debug单元50-54
• 4.4 WISHBONE总线54-57
• 4.5 SDRAM控制器57-62
• 4.6 FLASH控制器62-67
• 4.7 UART1655067-70
• 4.8 MAC控制器70-74
• 4.9 系统综合74
• 4.10 本章小结74-76
• 第五章 系统的软件环境配置76-90
• 5.1 GNU工具链搭建76-79
• 5.1.1 GNU工具链的安装76-78
• 5.1.2 程序测试78-79
• 5.2 U-boot移植79-86
• 5.2.1 源码目录结构79-80
• 5.2.2 U-boot的移植80-85
• 5.2.3 仿真验证85-86
• 5.3 Linux内核移植86-88
• 5.3.1 源码目录结构86-87
• 5.3.2 Linux的移植87-88
• 5.3.3 仿真验证88
• 5.4 uImage镜像制作88-89
• 5.5 本章小结89-90
• 第六章 系统的FPGA测试验证90-96
• 6.1 硬件平台90
• 6.2 系统测试90-93
• 6.2.1 Debug功能90-91
• 6.2.2 U-boot系统91-92
• 6.2.3 Linux系统92-93
• 6.3 网络数据传输测试93
• 6.4 结果分析93-94
• 6.5 本章小结94-96
• 第七章 总结与展望96-98
• 7.1 总结96
• 7.2 展望96-98
• 参考文献98-100
• 致谢100-102
• 攻读硕士学位期间发表的论文102

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本文编号：637643