SoPC总线协议跨芯片扩展的设计与实现

发布时间：2018-10-29 14:01

【摘要】：随着嵌入式系统的发展,可编程片上系统(System-on-a-Programmable-Chip, SoPC)已经成为嵌入式系统发展的主流,人们对SoPC功能的需求也越来越高,设计出更高端、更复杂的SoPC是必然需求。在现有平台基础上,基于单块芯片资源所设计的SoPC已经无法满足预期功能所需。因此,进行SoPC总线协议跨芯片扩展,从而获取更多的片外资源以设计功能更复杂的SoPC,对SOPC未来的发展具有重要意义。扩展片内总线到片外以实现片间数据传输的关键在于对片内总线请求的处理以及发送与接收,这是设计的主要难点。本论文主要研究SoPC象线协议跨芯片扩展,即将片上系统总线扩展到片外以访问片外芯片资源。通过深入分析国内外跨芯片通信机制的发展现状,研究AXI (Advanced extensible Interface)总线协议的原理和并行、串行通信接口的特点,设计并实现了SoPC片上总线的跨芯片扩展,给出了整个总线扩展SoPC的系统架构,并且详细描述了定制总线跨芯片扩展AOC (AXI Over Chip) IP核(Intellectual Property core)各个模块的具体设计。通过在XilinxZYNQ-7000系列FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片上搭建本地SoPC及在Xilinx Vhtex-7系列FPGA芯片上搭建远端SoPC,基于AOC IP核实现本地SoPC访问远端SoPC资源。此外,分别采用了并行通信与串行通信两种通信方式实现片间的数据传输。并且基于这两种通信方式对整个总线扩展SoPC的系统性能进行了测试与评估。定制AOC IP核是设计的主要部分,使用Verilog硬件描述语言实现整个AOC IP核的代码设计,基于Xilinx公司ZC706开发板和VC707开发板完成FPGA原型验证,验证了本设计的正确性与可行性。本设计不仅达到了预期的设计指标要求,还在系统主要性能上有了很大的提升。本文完成了SoPC总线协议的跨芯片扩展,可以降低设计成本,提高系统的利用率、性能、可扩展性,可以让多块TPGA芯片紧密耦合在统一的SoPC结构下,对设计出大规模的SoPC有重要工程意义。
[Abstract]:With the development of embedded system, programmable on-chip system (System-on-a-Programmable-Chip, SoPC) has become the mainstream of embedded system development, and the demand for SoPC function is higher and higher. More complex SoPC is necessary. On the basis of the existing platform, the SoPC based on single chip resource can no longer meet the expected functional requirements. Therefore, it is of great significance for the future development of SOPC to extend the SoPC bus protocol across chips so as to obtain more out-of-chip resources to design a more complex SoPC,. The key to extend the intra-chip bus to realize the data transmission between chips lies in the processing, sending and receiving of the on-chip bus request, which is the main difficulty in the design. In this paper, we mainly study the extension of SoPC image line protocol across chips, that is, the system bus on a chip is extended to the outside chip to access the resource of the chip. By analyzing the development of cross-chip communication mechanism at home and abroad, studying the principle and parallelism of AXI (Advanced extensible Interface) bus protocol and the characteristics of serial communication interface, the cross-chip extension of SoPC on-chip bus is designed and realized. The system architecture of the whole bus extended SoPC is given, and the design of each module of the custom bus extending AOC (AXI Over Chip) IP core (Intellectual Property core) is described in detail. Local SoPC is built on XilinxZYNQ-7000 FPGA (Field Programmable Gate Array) chip and remote SoPC, is built on Xilinx Vhtex-7 FPGA chip. Local SoPC can access remote SoPC resource based on AOC IP core. In addition, parallel communication and serial communication are used to realize data transmission between chips. The system performance of the whole bus extended SoPC is tested and evaluated based on the two communication methods. The custom AOC IP core is the main part of the design. The code design of the whole AOC IP core is realized by using the Verilog hardware description language. The FPGA prototype verification is completed based on the ZC706 development board of Xilinx Company and the VC707 development board, which verifies the correctness and feasibility of the design. This design not only meets the expected design requirements, but also greatly improves the main performance of the system. This paper completes the cross-chip extension of SoPC bus protocol, which can reduce the design cost, improve the utilization, performance and expansibility of the system. It can make multiple TPGA chips tightly coupled under the unified SoPC structure. It is of great engineering significance to design large scale SoPC.
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN47

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本文编号：2297895