面向eMMC协议的SoC系统设计
发布时间：2022-05-08 09:01
随着SoC（System on Chip）技术的成熟和FPGA（Field Programmable Gate Array）设计工具的集成化,在FPGA平台上应用SoC设计方法学完成对嵌入式系统硬件的设计已经成为主流,同时随着国内对移动终端和智能终端大容量存储的需求,加速对大容量存储设备的开发已经成为必然。本文根据实际工程需求,在重点分析了eMMC（embedded multimedia card）协议的基础上,提出了eMMC系统的设计方案。以Xilinx公司ZYNQ-7000的FPGA开发平台为系统硬件基础,结合SoC技术,给出了针对eMMC协议的主控制器硬件架构,软件设计并实现了eMMC存储模块。eMMC测试系统的模块主要分为eMMC主控制器和eMMC存储仿真器。其中,eMMC主控制器设计采用SoC设计方法学中的IP核复用技术完成了对总线接口单元和卡接口单元设计。总线接口单元作为AXI（Advanced Extensible Interface）从机,主要功能是接收来自AXI总线发送的命令,与寄存器单元、DMA（Direct Memory Access）控制器完成对命令和数据的解析...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景目的与意义
1.2 eMMC5.0协议概述
1.3 eMMC国内外研究现状与分析
1.4 课题研究的内容和安排
第2章 系统设计理论基础及eMMC协议分析
2.1 关键技术概述
2.1.1 SoC关键技术概述
2.1.2 IP核复用技术
2.2 eMMC协议分析
2.2.1 eMMC系统介绍
2.2.2 eMMC命令格式
2.2.3 eMMC应答命令格式
2.3 工作模式
2.3.1 Boot启动模式
2.3.2 总线传输速度模式
2.3.3 数据传输模式
2.3.4 中断模式
2.4 eMMC协议安全机制
2.5 本章小结
第3章 eMMC测试系统的硬件架构设计
3.1 eMMC测试系统的总体架构设计
3.2 eMMC主控制器总体设计指标
3.3 eMMC控制器架构设计
3.4 总线接口单元模块设计
3.4.1 主机接口单元总线互联
3.4.2 寄存器模块设计
3.4.3 DMA控制单元模块设计
3.4.4 FIFO数据缓冲模块设计
3.5 卡接口单元模块设计
3.5.1 命令路径模块设计
3.5.2 数据路径模块设计
3.6 本章小结
第4章 eMMC存储仿真器设计
4.1 NAND Flash基本存储结构
4.2 eMMC存储仿真器主要模块设计与实现
4.2.1 初始化模块设计与实现
4.2.2 命令转化模块设计与实现
4.2.3 虚实地址转化器的设计与实现
4.2.4 NAND Flash缓存管理的软件设计与实现
4.3 NAND Flash数据操作时间模拟
4.4 NAND Flash数据存储过程软件设计与实现
4.4.1 数据操作状态机设计
4.4.2 NAND Flash写操作流程设计与实现
4.4.3 NAND Flash读操作状态设计与实现
4.5 卡接口单元与存储仿真器接口的软件设计与实现
4.6 本章小结
第5章 eMMC系统测试与验证
5.1 系统测试环境
5.2 客户端和服务器端的网络通路测试
5.3 eMMC卡在卡识别模式下的命令测试
5.4 eMMC卡在总线测试模式下的命令测试
5.5 eMMC卡在数据传输模式下的命令测试
5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
攻读硕士学位期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]NAND Flash控制器硬件设计与仿真验证[J]. 冉计全,郭林,张三刚,马捷中,翟正军,郭阳明. 西北工业大学学报. 2017(02)
[2]高速大容量数据存储技术的研究综述[J]. 李金猛,周勇军. 测控技术. 2016(02)
[3]Virtex-6 FPGA的eMMC控制器设计[J]. 张耀军,孙铭,王锏. 单片机与嵌入式系统应用. 2016 (02)
[4]SoC系统中多端口DMA控制器的设计[J]. 张路煜,李丽,潘红兵,王堃,李伟. 电子测量技术. 2014(09)
[5]高性能NAND Flash控制器在SoC平台中的设计与应用[J]. 郭瑞,赵新辉. 计算机应用与软件. 2012(12)
[6]基于FPGA的NAND Flash ECC校验[J]. 吕小微. 电子科技. 2011(06)
[7]基于TCP/IP协议和多线程的通信软件的设计与实现[J]. 刘爽,史国友,张远强. 计算机工程与设计. 2010(07)
[8]基于FPGA的PCI接口DMA传输的设计与实现[J]. 单天昌,陆达. 计算机技术与发展. 2010(04)
[9]线程池的多线程并发控制技术研究[J]. 杨开杰,刘秋菊,徐汀荣. 计算机应用与软件. 2010(01)
[10]基于TCP的Socket多线程通信[J]. 罗亚非. 电脑知识与技术. 2009(03)
博士论文
[1]高存储密度硬盘磁头/磁盘界面热效应与检测技术研究[D]. 张传伟.哈尔滨工业大学 2015
[2]可复用IP核以及系统芯片SOC的测试结构研究[D]. 陆思安.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于FPGA的eMMC阵列存储系统设计与实现[D]. 周珍龙.西安电子科技大学 2015
[2]基于FPGA的高速eMMC阵列控制器的设计与实现[D]. 张耀军.西安电子科技大学 2015
[3]基于eMMC的高速大容量存储卡研制[D]. 刘宝文.哈尔滨工业大学 2015
[4]安全SOC芯片中eMMC主接口的设计与实现[D]. 曹军.辽宁大学 2014
[5]基于AXI总线的SoC架构设计与分析[D]. 胡景华.上海交通大学 2013
[6]一种针对NAND Flash的缓存管理算法研究[D]. 李淼.国防科学技术大学 2012
[7]NAND Flash坏块管理算法及逻辑层驱动设计[D]. 林刚.西安电子科技大学 2009
[8]高可靠静态存储器研究[D]. 肖海林.哈尔滨工业大学 2007
[9]高速大容量数据存储器的研制[D]. 齐正华.中国科学院空间科学与应用研究中心 2001
本文编号：3651353
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景目的与意义
1.2 eMMC5.0协议概述
1.3 eMMC国内外研究现状与分析
1.4 课题研究的内容和安排
第2章 系统设计理论基础及eMMC协议分析
2.1 关键技术概述
2.1.1 SoC关键技术概述
2.1.2 IP核复用技术
2.2 eMMC协议分析
2.2.1 eMMC系统介绍
2.2.2 eMMC命令格式
2.2.3 eMMC应答命令格式
2.3 工作模式
2.3.1 Boot启动模式
2.3.2 总线传输速度模式
2.3.3 数据传输模式
2.3.4 中断模式
2.4 eMMC协议安全机制
2.5 本章小结
第3章 eMMC测试系统的硬件架构设计
3.1 eMMC测试系统的总体架构设计
3.2 eMMC主控制器总体设计指标
3.3 eMMC控制器架构设计
3.4 总线接口单元模块设计
3.4.1 主机接口单元总线互联
3.4.2 寄存器模块设计
3.4.3 DMA控制单元模块设计
3.4.4 FIFO数据缓冲模块设计
3.5 卡接口单元模块设计
3.5.1 命令路径模块设计
3.5.2 数据路径模块设计
3.6 本章小结
第4章 eMMC存储仿真器设计
4.1 NAND Flash基本存储结构
4.2 eMMC存储仿真器主要模块设计与实现
4.2.1 初始化模块设计与实现
4.2.2 命令转化模块设计与实现
4.2.3 虚实地址转化器的设计与实现
4.2.4 NAND Flash缓存管理的软件设计与实现
4.3 NAND Flash数据操作时间模拟
4.4 NAND Flash数据存储过程软件设计与实现
4.4.1 数据操作状态机设计
4.4.2 NAND Flash写操作流程设计与实现
4.4.3 NAND Flash读操作状态设计与实现
4.5 卡接口单元与存储仿真器接口的软件设计与实现
4.6 本章小结
第5章 eMMC系统测试与验证
5.1 系统测试环境
5.2 客户端和服务器端的网络通路测试
5.3 eMMC卡在卡识别模式下的命令测试
5.4 eMMC卡在总线测试模式下的命令测试
5.5 eMMC卡在数据传输模式下的命令测试
5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
攻读硕士学位期间取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]NAND Flash控制器硬件设计与仿真验证[J]. 冉计全,郭林,张三刚,马捷中,翟正军,郭阳明. 西北工业大学学报. 2017(02)
[2]高速大容量数据存储技术的研究综述[J]. 李金猛,周勇军. 测控技术. 2016(02)
[3]Virtex-6 FPGA的eMMC控制器设计[J]. 张耀军,孙铭,王锏. 单片机与嵌入式系统应用. 2016 (02)
[4]SoC系统中多端口DMA控制器的设计[J]. 张路煜,李丽,潘红兵,王堃,李伟. 电子测量技术. 2014(09)
[5]高性能NAND Flash控制器在SoC平台中的设计与应用[J]. 郭瑞,赵新辉. 计算机应用与软件. 2012(12)
[6]基于FPGA的NAND Flash ECC校验[J]. 吕小微. 电子科技. 2011(06)
[7]基于TCP/IP协议和多线程的通信软件的设计与实现[J]. 刘爽,史国友,张远强. 计算机工程与设计. 2010(07)
[8]基于FPGA的PCI接口DMA传输的设计与实现[J]. 单天昌,陆达. 计算机技术与发展. 2010(04)
[9]线程池的多线程并发控制技术研究[J]. 杨开杰,刘秋菊,徐汀荣. 计算机应用与软件. 2010(01)
[10]基于TCP的Socket多线程通信[J]. 罗亚非. 电脑知识与技术. 2009(03)
博士论文
[1]高存储密度硬盘磁头/磁盘界面热效应与检测技术研究[D]. 张传伟.哈尔滨工业大学 2015
[2]可复用IP核以及系统芯片SOC的测试结构研究[D]. 陆思安.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于FPGA的eMMC阵列存储系统设计与实现[D]. 周珍龙.西安电子科技大学 2015
[2]基于FPGA的高速eMMC阵列控制器的设计与实现[D]. 张耀军.西安电子科技大学 2015
[3]基于eMMC的高速大容量存储卡研制[D]. 刘宝文.哈尔滨工业大学 2015
[4]安全SOC芯片中eMMC主接口的设计与实现[D]. 曹军.辽宁大学 2014
[5]基于AXI总线的SoC架构设计与分析[D]. 胡景华.上海交通大学 2013
[6]一种针对NAND Flash的缓存管理算法研究[D]. 李淼.国防科学技术大学 2012
[7]NAND Flash坏块管理算法及逻辑层驱动设计[D]. 林刚.西安电子科技大学 2009
[8]高可靠静态存储器研究[D]. 肖海林.哈尔滨工业大学 2007
[9]高速大容量数据存储器的研制[D]. 齐正华.中国科学院空间科学与应用研究中心 2001
本文编号：3651353
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3651353.html
