基于龙芯软核处理器LS232的SoPC设计与实现

发布时间：2020-07-18 16:36

【摘要】：针对国外软核处理器需要支付高额授权费、不提供硬件描述语言HDL源代码、系统不能灵活配置、提供的技术支持有限等不同方面的问题,对国产自主研发的龙芯软核处理器LS232的微架构和特性进行了研究,提出了以现场可编程逻辑门阵列FPGA为开发平台,设计并实现了一款经过改进的基于软核处理器LS232的片上系统SoC。其主要研究内容如下:第一,调研了航天领域处理器的发展现状,研究了SoC设计的基本方法学和技术特点,分析并比较了目前主流的软核处理器的基本特性,说明了几种片上总线的特征,重点研究了高速总线AXI总线和低速总线APB总线的传输协议,说明了系统设计的实际意义。第二,概述了软核处理器LS232的基本特性,简述了LS232所采用的处理器架构MIPS的指令集。设计实现了基于软核处理器LS232的SoC硬件平台和软件平台。其中硬件平台搭建包括对第三方不提供的IP核模块AXI MUX和AXI2APB进行设计,IP核的复用和系统时钟规划。软件平台搭建包括交叉编译器GCC的安装、PMON的编译和Linux的配置编译。第三,对系统中三类存储器接口进行了测试验证,对设计完成的嵌入式系统SoC进行了测试验证,对系统进行了性能评估和资源占用分析。总结了设计中存在的不足之处,并提出了改进的想法。测试验证和性能评估表明:该系统可以在68MHz的时钟频率下快速稳定地运行Linux操作系统。而且相较于传统的基于NIOS II和MicroBlaze的SoC,以及新型的软核处理器RISC V和LS132的SoC,基于LS232的SoC具有实时性强、性能高等特点,并且LS232作为国产软核处理器,在可靠性与安全性方面具有较大优势,可满足航天领域对嵌入式处理器安全性与可靠性的需求。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP332;TN47
【图文】：

基于龙芯软核处理器 LS232 的 SoPC 设计与实现表 3.5 AXI 总线的写响应通道信号Table 3.5 Write response channel signals信号 位宽 信号源 信号描述BID[3:0] 4 从设备 响应标识符信号BRESP[1:0] 2 从设备 写响应信号BVALID 1 从设备 写响应有效信号BREADY 1 主设备 写响应准备信号3.1.3 AXI 总线的读写操作AXI 总线上的读突发传输时序如图 3.3 所示，主设备根据首地址和控制信号从读数据通道读取 4 个数据，当数据传输到最后一个时，RLAST 信号变成高电平，表示此次突发传输结束。

图 3.4 AXI 总线上的交错读突发传输时序图Figure 3.4 Overlapping read burstsAXI 总线上的写突发传输时序如图 3.5 所示，主设备先向写地址通道发送地址和控制信息，接着向写数据通道发送写数据通道，当主设备发送最后一项数据时，WLAST 信号变成高电平。当从设备接收完数据后，就会通过写响应通道向主设备发送写响应信号，表示此次写传输完成。

图 3.4 AXI 总线上的交错读突发传输时序图Figure 3.4 Overlapping read burstsAXI 总线上的写突发传输时序如图 3.5 所示，主设备先向写地址通道发送地址和控制信息，接着向写数据通道发送写数据通道，当主设备发送最后一项数据时，WLAST 信号变成高电平。当从设备接收完数据后，就会通过写响应通道向主设备发送写响应信号，表示此次写传输完成。

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本文编号：2761149