应用于变频控制领域的可支持硬件互连触发机制的PWM模块的设计与研究

发布时间：2017-06-07 22:01

  本文关键词：应用于变频控制领域的可支持硬件互连触发机制的PWM模块的设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着集成电路设计的快速发展,SoC技术逐渐成为了主流的集成电路设计技术,而IP核技术的出现也推动了SoC的进一步发展。SoC中集成有不同IP核,以使用在各种不同的工作领域上。为了在满足电力电子方面脉冲宽度调制(PWM)的需求的基础上,还可应用在更多的其他领域中,本文设计了一种可应用于变频控制领域中且基于硬件互连触发机制的PWM IP模块。对比传统的通用PWM核,该模块具有更强的适用性、更高的可配性以及更好的实时性等。本文首先介绍了变频控制SoC的整体架构,在SoC基础上延伸描述了CK803S处理器的结构特性和AMBA总线规范中的APB总线,还另外介绍了其他的辅助IP模块(比如ETB和SPI)的特点和工作行为。接着,重点阐述了PWM核的总体结构和各个子模块的RTL级设计过程与实现原理,还给出了一个具体的关于PWM的实用案例,然后还提出了该PWM的创新点：硬件互连触发机制和资源共享。然后,根据验证方法学,对PWM核分别进行了仿真验证和FPGA验证,仿真验证采用的是Synopsys公司的VCS工具,FPGA验证是在Vertex-5 FPGA板子上,利用GDB调试工具,再结合了逻辑分析仪和示波器等测试工具,最后分别得出了验证结果,经过分析检验,可推导出其满足了预期中的功能和时序需求。最后,着重阐述了PWM核的逻辑综合的整个流程,并且还针对工艺库文件和约束文件进行了解读,得到综合结果后,不仅分析了时序效果,还对PWM的面积和各种模式下的功耗情况进行了详细的评估,最终实现了时序收敛,且面积和功耗情况均可达到可接受水平。最后还简要介绍了可测性设计的相关技术。本文主要描述了一个PWM核的前端设计过程,在解决了通用PWM模块不足之处的基础上,还实现了功能更加强大的、极具个性化且又可应用在多种领域中的PWM模块。虽然本设计可能还存在某个潜在缺陷,但总体来说,该PWM模块不仅实现了基本的PWM输出信号,还可根据用户对寄存器进行编程配置,选择其他的工作模式,比如输入捕获工作模式或者输出比较工作模式,体现了较高的适应性和灵活性等特点,而且还可跟其他IP进行互连触发通信,以支持快速的实时性。本设计的目的是提供一款可满足多种功能需求,可配置性高以及性能突出的PWM IP核。
【关键词】：SoC技术 脉冲宽度调制 RTL级设计 验证方法学 逻辑综合
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN402
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题的研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外技术发展现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容与结构14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 变频控制SoC环境16-38
• 2.1 SoC技术16-19
• 2.1.1 SoC设计方法学16-18
• 2.1.2 SoC设计流程18-19
• 2.2 变频控制SoC的整体架构19-31
• 2.2.1 片上总线21-26
• 2.2.2 处理器26-31
• 2.3 IP核技术31-33
• 2.4 其他辅助IP核的介绍33-38
• 2.4.1 事件触发模块33-35
• 2.4.2 SPI模块35-38
• 第三章 PWM IP模块的设计38-54
• 3.1 IP核的设计38-41
• 3.1.1 IP核的设计流程38-40
• 3.1.2 IP核的编码风格40-41
• 3.2 PWM IP模块的总体设计41-50
• 3.2.1 子模块的设计与实现46-50
• 3.2.2 PWM模块的应用实例50
• 3.3 设计的创新点50-54
• 3.3.1 硬件互连触发机制50-52
• 3.3.2 PWM模块内的资源共享52-54
• 第四章 PWM IP模块的验证54-89
• 4.1 验证技术54-57
• 4.1.1 验证手段55-56
• 4.1.2 验证流程56-57
• 4.2 验证环境57-58
• 4.3 仿真验证58-74
• 4.4 FPGA验证74-89
• 4.4.1 FPGA的验证平台75-76
• 4.4.2 验证过程76-89
• 第五章 PWM IP模块的逻辑综合以及可测性设计89-102
• 5.1 逻辑综合89-100
• 5.1.1 库文件的设置90-91
• 5.1.2 约束文件91-94
• 5.1.3 面积报告94-95
• 5.1.4 功耗分析95-100
• 5.2 可测性设计技术的简介100-102
• 总结与展望102-104
• 参考文献104-107
• 攻读学位期间发表的学术论文107-108
• 攻读学位期间参加的科研项目108-111
• 致谢111-112

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