SDIO主控制器设计
发布时间：2020-03-22 05:32
【摘要】：随着信息技术的发展，SDIO接口广泛应用于各种嵌入式微处理器中，成为便携类电子设备的重要接口之一。本论文基于国家“863”项目—“面向高性能嵌入式应用的可重构媒体处理器SoC芯片设计和实现”—的实际需求，完成了一款基于AHB总线的SDIO主控制器设计。 本文在深入分析研究SDIO主控制器协议和SDIO接口通信机制的基础上，完成SDIO主控制器的模块划分和总体结构设计。根据SDIO主控制器内部命令流、数据流传输特点，将其划分为AHB系统总线接口单元、总线控制单元、同步模块、FIFO接口模块、从机卡控制单元五个部分。为提高系统性能，本设计支持SDMA、ADMA1和ADMA2三种DMA数据传输机制和中断查询机制。 在低功耗应用场合，可以通过参数配置将本设计中的DMA主机模式、内部FIFO深度、FIFO传输模式和外部RAM连接方式配置成低功耗模式。本文在状态机的设计中采用有限状态机分割技术，该技术可以降低功耗、面积开销。在双向双端口异步FIFO的设计中，本文提出了两种双向双端口异步FIFO全局状态检测机制：单拍置空/满双向FIFO状态检测机制和块操作双向FIFO状态检测机制。其中单拍置空/满双向FIFO状态检测机制中的指针编码采用普通格雷码，，当FIFO处于空/满状态时经过一个时钟周期将空/满状态传递到FIFO读/写控制器中；块操作双向异步FIFO检测机制与异步FIFO中的块操作传输模式相对应，具有总线使用效率高的优点。 本文对SDIO主控制器进行了RTL级设计实现、验证、逻辑综合和优化。基于TSMC65LPCMOS的标准单元库工艺实现，典型工作频率为200MHz，面积61003.910599um2，功耗39.3669uW。对所做设计进行了逻辑模拟验证和FPGA仿真，验证结果表明本设计功能正确，满足项目系统性能要求。本设计已应用于实际项目中。
【图文】：
图 1 . 1 SD IO 接 口应 用 场 景举 例[1 ]本 论 文 是 在 S DI O 接 口 广 泛 应 用 的 背 景 下 ， 结 合 国 家" 8 6 3" 项 目 “ 面 向 高 性能 嵌入 式 应用 的 可 重 构媒 体 处 理器 S o C 芯 片设 计 和实 现 ” 的 实际 需 求 ，完 成 了 一款 基 于 AH B (A d v a n c ee Hi gh - pe r f o rm an ce Bu s ) 总线 的 高性 能 S DI O 主控 制 器 I P核的 设计 。 可重 构 多媒 体 S oC 芯 片结 构 如图 1. 2 所示 ，它是 一款 基 于 AR M 1 13 6 J F-S 设 计 面 向 高 性 能 媒 体 处 理 应 用 的 可 重 配 置 S oC 芯 片 。 S DI O 主 控 制 器 作 为 该多媒 体 S oC 芯片 中 的扩 展 接 口 控制 器 ， 与系 统 AH B 总线 相 连， 用 于 芯 片对 SD 卡、 M M C 卡、 e - M M C 卡、 S DI O 卡 等带 有 S DI O 接 口的 外设 进 行访 问和 数 据 传 输。 A H B 总 线调 试 接 口功 耗 控 制A H B 总 线控 制 器A R M1 1 3 6A H B 接 口L C D控 制 器外 部 存 储 器 接口E M I 控 制 器T S 流 接 口控 制 器可 重 构 媒 体S o C芯 片
图 4 . 7 分 割状 态机 电 路 控制 图[3 0 ]对 于 状 态 图 中 各 状 态 的 划 分 一 般 采 用 优 化 算 法 进 行 处 理 ， 建 立 以 整 个 状 态机实 现 功耗 最 低为 目 标 进行 优 化， 得 到 最终 状 态划 分 结果 。 在 S DI O 主控 制 器的 设 计 过 程中 对 状 态机 的 分 割基 于 状 态机 的 功 能进 行 。如果 某 个 功 能 在 整 个 控 制 过 程 中 使 用 频 繁 （ 比 如 数 据 的 读 写 控 制 功 能 ） ， 将 状 态机 中 能 完 成 那 个 独 立 功 能 的 几 个 状 态 从 状 态 机 中 分 割 出 来 ， 成 为 一 个 独 立 的 状态机 。 在 设计 BI U 数 据 控制 器 对 应的 状 态 机时 ， 将 用 于数 据 传 输的 读 数 据操 作 和 写 数 据 操 作 状 态 从 总 状 态 机 中 分 割 出 来 分 别 构 成 读 数 据 传 输 状 态 机 和 写 数 据 传输 状态 机 ，最 终 形 成 由三 个 状 态机 共 同 完成 BI U 单 元数 据 传输 的 控 制 的局 面 。 图 3. 9 中的 红 色和 绿 色 状态 都 是 状态 分 割 时加 入 的 “空 闲 状 态” 。 在 AD M A 控 制 器 状 态 机 的 设 计 中 ， 也 同 样 采 用 了 状 态 机 分 割 技 术 。 将AD M A 传 输 中 完 成 一 个 具 体 页 面 传 输 的 S DM A 状 态 状 态 作 为 一 个 独 立 的 状 态机 。 经过 这 样的 状 态 机分 割 ， 使 得 S DI O 主 控制 器 也支 持 S DM A 模 式 的数 据 传 输 ， 同 时 时 AD M A 控 制 状 态 机 的 实 现 逻 辑 比 不 进 行 状 态 分 割 更 简 单 。 图 3. 2 0
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP332
本文编号：2594566
【图文】：
图 1 . 1 SD IO 接 口应 用 场 景举 例[1 ]本 论 文 是 在 S DI O 接 口 广 泛 应 用 的 背 景 下 ， 结 合 国 家" 8 6 3" 项 目 “ 面 向 高 性能 嵌入 式 应用 的 可 重 构媒 体 处 理器 S o C 芯 片设 计 和实 现 ” 的 实际 需 求 ，完 成 了 一款 基 于 AH B (A d v a n c ee Hi gh - pe r f o rm an ce Bu s ) 总线 的 高性 能 S DI O 主控 制 器 I P核的 设计 。 可重 构 多媒 体 S oC 芯 片结 构 如图 1. 2 所示 ，它是 一款 基 于 AR M 1 13 6 J F-S 设 计 面 向 高 性 能 媒 体 处 理 应 用 的 可 重 配 置 S oC 芯 片 。 S DI O 主 控 制 器 作 为 该多媒 体 S oC 芯片 中 的扩 展 接 口 控制 器 ， 与系 统 AH B 总线 相 连， 用 于 芯 片对 SD 卡、 M M C 卡、 e - M M C 卡、 S DI O 卡 等带 有 S DI O 接 口的 外设 进 行访 问和 数 据 传 输。 A H B 总 线调 试 接 口功 耗 控 制A H B 总 线控 制 器A R M1 1 3 6A H B 接 口L C D控 制 器外 部 存 储 器 接口E M I 控 制 器T S 流 接 口控 制 器可 重 构 媒 体S o C芯 片
图 4 . 7 分 割状 态机 电 路 控制 图[3 0 ]对 于 状 态 图 中 各 状 态 的 划 分 一 般 采 用 优 化 算 法 进 行 处 理 ， 建 立 以 整 个 状 态机实 现 功耗 最 低为 目 标 进行 优 化， 得 到 最终 状 态划 分 结果 。 在 S DI O 主控 制 器的 设 计 过 程中 对 状 态机 的 分 割基 于 状 态机 的 功 能进 行 。如果 某 个 功 能 在 整 个 控 制 过 程 中 使 用 频 繁 （ 比 如 数 据 的 读 写 控 制 功 能 ） ， 将 状 态机 中 能 完 成 那 个 独 立 功 能 的 几 个 状 态 从 状 态 机 中 分 割 出 来 ， 成 为 一 个 独 立 的 状态机 。 在 设计 BI U 数 据 控制 器 对 应的 状 态 机时 ， 将 用 于数 据 传 输的 读 数 据操 作 和 写 数 据 操 作 状 态 从 总 状 态 机 中 分 割 出 来 分 别 构 成 读 数 据 传 输 状 态 机 和 写 数 据 传输 状态 机 ，最 终 形 成 由三 个 状 态机 共 同 完成 BI U 单 元数 据 传输 的 控 制 的局 面 。 图 3. 9 中的 红 色和 绿 色 状态 都 是 状态 分 割 时加 入 的 “空 闲 状 态” 。 在 AD M A 控 制 器 状 态 机 的 设 计 中 ， 也 同 样 采 用 了 状 态 机 分 割 技 术 。 将AD M A 传 输 中 完 成 一 个 具 体 页 面 传 输 的 S DM A 状 态 状 态 作 为 一 个 独 立 的 状 态机 。 经过 这 样的 状 态 机分 割 ， 使 得 S DI O 主 控制 器 也支 持 S DM A 模 式 的数 据 传 输 ， 同 时 时 AD M A 控 制 状 态 机 的 实 现 逻 辑 比 不 进 行 状 态 分 割 更 简 单 。 图 3. 2 0
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP332
【引证文献】
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1 曲阳;基于SDIO接口通信的智能移动终端[D];北京邮电大学;2012年
本文编号：2594566
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