IEEE1394串行总线物理链路层接口的设计与验证

发布时间：2017-10-17 17:16

  本文关键词：IEEE1394串行总线物理链路层接口的设计与验证

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【摘要】：从计算机的诞生开始,计算机的总线技术便开始经历一个相对漫长的发展过程。早期阶段,串行总线方式由于其在速度方面的劣势一直不被人们认可。而IEEE1394技术自产生以来,以其较低的延迟、点对点的传输方式以及对等时数据传输模式的支持等优势,引起了人们的注意。之后,IEEE1394串行总线标准经过不断地改进和完善,同时具备了传输速度快以及带宽稳定的优良性能,从最初仅仅在多媒体领域的应用,作为与视频传输设备进行互连的一个重要接口技术,到现如今已能够应用在对总线的实时性与可靠性要求较高的航电系统中,并开始更加广泛的应用于数字媒体设备以及网络互连中。本文研究的物理层(PHY)与链路层(Link)接口模块部分是IEEE1394物理层的组成部分,它提供了一个供物理层控制逻辑与链路层控制逻辑进行相互访问以及数据交互的接口。此模块主要负责解码来自链路层的串行请求,同步来自链路层数据包中的数据并处理其格式,处理并传输物理层接收到的数据包到链路层,以及对接口复位、禁止、初始化以及LinkOn等实时状态的描述指示。根据外部输入的不同,链路层有不同的工作模式,因此接口的工作模式也分为了Alpha模式和Beta模式两种。两种工作模式的基本功能大致相同,只有在接口工作时钟、状态传输模式、发送速度模式以及级联方式等方面有细微的差别。本文对两种模式下的PHY-Link接口模块的工作特性分别进行了分析和研究。本论文基于对IEEE1394b-2002串行总线协议标准的理解和分析,首先对IEEE1394的协议结构以及基本特征进行简要的阐述,并且详细介绍了IEEE1394物理层结构中的各个模块功能以及相互之间的联系。接着着重对PHY-Link接口模块的工作原理进行了解析,提出接口模块的设计划分以及设计方案,完成了IEEE1394的PHY-Link接口模块IP核的设计,使之不仅实现了传统1394设计中PHY-Link接口的基本功能,同时在传输的特殊情况以及接口状态的变化上进行了恰当的处理,提高了传输的稳定性和准确性。随后,根据PHY-Link接口的功能以及验证规范,搭建了虚拟验证平台,通过NC-Verilog的仿真验证工具对设计的接口模块IP核的功能点进行仿真验证。之后,又对所设计的IP核的数字部分进行了FPGA原型验证,为此专门设计了一个可以应用于FPGA平台上的链路层模型,在其基础上对PHY-Link接口的功能进行基于FPGA平台的仿真验证,最后通过主机分析测试来观察结果是否满足要求。从虚拟平台以及FPGA平台的仿真结果来看,本课题设计的PHY-Link接口的IP核在功能以及时序方面能够满足IEEE1394协议中关于接口部分的要求,在链路层与物理层之间的数据传输方面以及接口状态方面完全符合设计要求,可以看出PHY-Link接口的设计达到了预期的目的。
【关键词】：IEEE1394 PHY-Link接口 FPGA
【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】：2015
【分类号】：TP334.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 课题研究的技术背景和现状16
• 1.2 国内外研究现状以及发展状况16-17
• 1.3 IEEE1394与其他总线的异同17-18
• 1.3.1 串行总线与并行总线的区别17
• 1.3.2 IEEE1394与USB的区别17-18
• 1.4 课题研究目的以及主要工作18
• 1.5 文章的结构安排18-19
• 1.6 本文的关键术语说明19
• 1.7 本章小结19-20
• 第二章 IEEE1394协议概述20-32
• 2.1 协议的拓扑结构20
• 2.1.1 背板环境20
• 2.1.2 线缆环境20
• 2.2 IEEE1394数据传输类型20-22
• 2.2.1 异步传输21
• 2.2.2 等时传输21-22
• 2.3 IEEE1394协议结构22-25
• 2.3.1 事务层23
• 2.3.2 链路层23-24
• 2.3.3 物理层24
• 2.3.4 总线管理24-25
• 2.4 物理层的结构25-30
• 2.4.1 仲裁26-27
• 2.4.2 PHY寄存器27
• 2.4.3 端口27-28
• 2.4.4 PHY-Link接28
• 2.4.5 PHY包产生与解码28-29
• 2.4.6 节点状态监控器29-30
• 2.4.7 Serdes30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 PHY-Link接口的设计与功能32-60
• 3.1 PHY-Link接口信号描述32-33
• 3.2 PHY-Link接口的两种工作模式33-34
• 3.2.1 PHY向Link提供PCLK时钟的不同33
• 3.2.2 包传输速度控制的不同33
• 3.2.3 状态传输的不同33-34
• 3.2.4 包尾发送级联包方式的不同34
• 3.3 PHY-Link接口的内部模块设计34-44
• 3.3.1 接口驱动器35-36
• 3.3.2 接口 FIFO36-38
• 3.3.3 Link接口控制器38-44
• 3.4 PHY-Link接口的功能44-59
• 3.4.1 PHY-Link接口的复位、禁止和初始化44-47
• 3.4.2 链路层控制芯片请求操作47-50
• 3.4.3 双向控制总线50-52
• 3.4.4 来自PHY的状态传输52-54
• 3.4.5 数据包的发送功能描述54-58
• 3.4.6 数据包的接收功能描述58-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 PHY-Link接口模块验证60-82
• 4.1 PHY-Link接口虚拟平台的IP级验证60-69
• 4.1.1 功能验证的必要性60
• 4.1.2 验证流程60-61
• 4.1.3 验证环境61
• 4.1.4 验证平台的搭建61-63
• 4.1.5 PHY-Link接口测试63-69
• 4.2 PHY-Link接口基于FPGA逻辑验证69-81
• 4.2.1 验证环境70
• 4.2.2 验证平台的搭建70-76
• 4.2.3 基于FPGA的接口基本功能测试76-81
• 4.3 本章小结81-82
• 第五章 总结与展望82-84
• 参考文献84-86
• 致谢86-88
• 作者简介88-89
• 1.基本情况88
• 2.教育背景88-89

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本文编号：1050053