通信SoC芯片USB2.0 HOST接口验证技术研究

发布时间：2020-04-14 19:18

【摘要】：随着通信产业的高速发展和智能手机的不断普及,片上通信系统芯片即通信SoC备受关注。在集成电路芯片的快速发展过程中,基于集成电路IP核的通信SoC设计方法已成为主流,因此IP核的设计与验证问题就变得非常重要。验证是IC设计过程中十分重要的环节,SoC设计的好坏与验证工作的质量紧密相关,验证为SoC的设计提供了有效保障,IP验证以及性能测试已趋于重要因素。而且结合实际工程项目来看,功能验证在芯片设计流程中占据着关键的地位。作为一种简单易用并且高速的串行总线,通用串行总线USB从出现至今,越来越受到人们的欢迎。加之目前所有的片内总线规范中,高级微控制器总线架构AMBA逐渐成为一种片上通信标准。因此,本论文将USB技术与AMBA总线进行结合,对USB2.0 HOST接口 IP核进行了功能验证研究。本论文主要研究的内容有:第一,制定了 USB HOST接口控制器的验证方案,精确指定了 USB HOST接口控制器的初始化向量、提取了详细的验证功能点。第二,采用软硬件协同验证方法,搭建了可配置、通用的虚拟验证平台即模块级、系统级验证平台。本论文根据USB2.0 HOST协议规范,首先提出了一个新的模块级验证平台架构。为了减少集成便于仿真测试,将编写的AHB总线接口与UTMI+接口的task任务分离开,两部分之间采用GPIO建立通信。通过GPIO,AHB总线接口可以有序的调用UTMI+接口上的task任务,从而完成想要的测试对象,以便完成一次有效的传输。该架构对模块划分时尽量做到每个模块功能独立,并且信号流清晰。其次提出了一个新的系统级验证平台架构。将两组USB控制器进行环接,其中一个作USB HOST控制器,另一个作USB DEVICE控制器使用,两个USB控制器通过UTMI+输出接口建立通信。这种架构可以很方便的根据具体应用进行重新设计,便于测试。从而使用Cadence公司的仿真工具NC-Sim,通过加载相应的需要观察的接口信号,完成了对USB HOST接口控制器的快速动态仿真。经验证USB2.0 HOST IP核有完善的功能,可以支持高速(480Mbps)和全速(12Mbps)两种传输模式。第三,针对虚拟验证平台的不足之处,进一步搭建了基于Xilinx FPGA和ARM处理器的原型验证平台,通过构建C语言测试项进行了功能验证,给出了板级测试的结果。测试结果表明USB2.0 HOST接口顺利地完成了 USB设备的枚举过程,达到了要求的传输规范,符合USB2.0的基本特性,具备一定的实用性和可推广性,以此为我积累了宝贵的验证技术方面的经验。
【图文】：

行数据交换。传输速率可以达到４８０Ｍｂ／ｓ，支持声音、视频等实时数据。逡逑２．１．１邋ＵＳＢ邋结构逡逑一个简易的ＵＳＢ系统是由以下部分构成，下图２．１所示ＵＳＢ主机与设备之间的逡逑关系。逡逑ＵＳＢ主机邋＾逦？邋ＵＳＢ设备逡逑图２．］邋ＵＳＢ主机与设备之间关系图逡逑（１）逦ＵＳＢ主机逡逑ＵＳＢ主机控制器作为ＵＳＢ主机和设备之间的桥梁，连接着ＵＳＢ主机和设备。主逡逑机的作用是控制ＵＳＢ设备的连接，以及断开ＵＳＢ设备；控制并管理ＵＳＢ主机和设逡逑备之间的数据流；以及给与ＵＳＢ主机相连的设备提供电源。逡逑（２）逦ＵＳＢ设备逡逑ＵＳＢ设备作为ＵＳＢ系统的外围设备，功能就是为了发送并且接收来自ＵＳＢ总线逡逑上的数据或控制信号。ＵＳＢ设备本身携带了用于识别的属性配置信息。如打印机、逡逑鼠标等设备。不同的ＵＳＢ设备具有不同的应用场合，即具有不同的功能。ＵＳＢ主机逡逑与设备取得连接的时候，主机可以通过给其分配独一无二的地址进行设别，并且在识逡逑别后，ＵＳＢ主机就可以对ＵＳＢ设备进行相应的配置操作。除此以外，更为重要的是，逡逑每个ＵＳＢ设备本身都具有一个不同寻常的端点０供ＵＳＢ控制管道采用。逡逑２．１．２搶流逡逑ＵＳＢ主机和设备之间的数据交换，实际上是ＵＳＢ主机客户软件与设备接口的端逡逑点之间的传输

一个ＡＨＢ总线主机提供了总线地址和总线控制信息，启动ＡＨＢ总线写操作和逡逑ＡＨＢ总线读操作。逡逑下图２．４所示的是ＡＨＢ主机接口图。逡逑ＨＡＤＤＲ［３１：Ｃ＾逡逑ＨＷＲＩＴＥ逡逑ｔ逦「ＨＲＥＡＤＹ邋＾逦＾逡逑Ｔｒａｎｓｆｅｒ邋逦？逦ＨＳＩＺＥ［２：０］邋ｋ逡逑ｒｅｓｐｏｎｓｅ逦ＨＲＥＳＰ邋＿＿逦Ｗ逡逑ＨＢＵＲＳＴ［２：（ａ逡逑「ＨＲＥＳＥＴｎ．邋＞逦ＡＨＢ逦ＨＰＲＯＴＰ＾］：逡逑Ｇｌｏｂｆ邋ＨｒｉＫ逦Ｍａｓｔｅｒ逦逦逡逑ｓ｜ｇｎａｌｓ邋｜＿ｊ－逦—逦？逦ＨＴＲＡＮＳ［１：（＾逡逑ＨＭＡＳＴＬＯＣＫ逡逑逦？逡逑Ｄａｔａ邋ＨＲＤＡＴＡ［３１：０］＾逦ＨＷＤＡＴＡ［３＾］逡逑图２．４邋ＡＨＢ主机接口图逡逑（２）逦ＡＨＢ从机逡逑在ＡＨＢ总线系统中，ＡＨＢ从机响应由主机发起的传输。逡逑当ＡＨＢ从机需要响应一次总线传输时，ＡＨＢ从机就会利用译码器产生ＨＳＥＬｘ逡逑选择信号，控制ＡＨＢ从机。ＡＨＢ从机返回给主机传输成功、传输失败、等待数据传逡逑输信号。逡逑下图２．５所示的是ＡＨＢ从机接口。逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN47

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本文编号：2627620