实时低功耗的ARM中断控制器IP的设计与实现

发布时间：2017-06-12 16:12

  本文关键词：实时低功耗的ARM中断控制器IP的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着生活水平的提高，国家对边远地区的医疗服务也将改变传统的模式，便携式与远程实时医疗将成为未来服务体系中的一个重要手段，研发各类移动式医疗设备及开发芯片就显得尤为迫切。而中断控制器作为芯片中连接外部设备与CPU的枢纽，随着芯片复杂度的增加，担当的任务也越来越重要，其性能的优劣将直接影响到整个系统的性能。一个功能完备的中断系统，能极大地提高计算机处理事件的能力，提高效率，增强实时性。本项目所研究的中断控制器便是针对低功耗移动医疗监控系统，是其中不可或缺的重要模块。 本课题采用自顶向下的方法完成对中断控制器IP的设计，采用AMBA AHB总线接口，增强了中断控制器的通用性和可移植性。可以实现32种不同类型的中断，为每一个中断源都提供一个向量寄存器，保证在任何时刻都只有一个中断在执行处理。提供16个中断优先级，以满足实际应用的需要，同时还配置多种工作模式，避免在某些场合造成的恶意访问，提高中断控制器的安全性。为了给予中断控制器升级的空间，提供扩展中断接口的功能，支持菊花链结构。在设计中为了满足对实时性的要求，对时序做了最严格的约束，采用单一的时钟网络，，避免使用混合触发器。 在完成各中断逻辑单元和中断优先级的设计后，运用Verilog-HDL语言对中断控制器进行代码编写，联合Modelsim和Debussy对其进行了功能仿真，同时用Xilinx公司的FPGA验证了该中断控制器的可行性。综合工具则是使用Synopsys公司的Design Compiler，包括对环境的约束，同时对中断控制器采用可测性设计和低功耗设计的方法，节约测试成本，降低了功耗。最后采用SMIC0.18μm CMOS工艺库进行综合及布局布线，完成对中断控制器的版图设计。 实际测试结果表明：在50MHz的工作条件下：动态功耗3.6884mW，完成一次中断操作，最差的情况仅需要0.7μs，满足了实时性和低功耗的要求。
【关键词】：中断 AHB总线 实时性 可测性设计 低功耗设计
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 医疗芯片总体架构10-12
• 1.3 国内外中断控制器的现状及发展趋势12-14
• 1.4 论文主要内容及结构14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 AMBA AHB 总线协议16-25
• 2.1 SOC 片上总线五种标准比较16-18
• 2.2 AMBA 总线协议18-19
• 2.3 AHB 总线19-24
• 2.3.1 AMBA AHB 信号列表20-21
• 2.3.2 AHB 总线操作21-23
• 2.3.3 AHB 总线传输类型23
• 2.3.4 AHB 总线传输响应23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 中断控制器设计25-44
• 3.1 中断控制器特征25-26
• 3.2 中断控制器系统结构26-27
• 3.3 中断控制器寄存器27-29
• 3.4 各单元模块的设计29-37
• 3.4.1 AHB 总线接口模块29-31
• 3.4.2 中断源31-32
• 3.4.3 中断请求逻辑32-33
• 3.4.4 FIQ 中断逻辑33
• 3.4.5 向量 IRQ 中断模块33-35
• 3.4.6 中断优先级模块35-36
• 3.4.7 环链中断控制器36-37
• 3.5 中断保护模式37-38
• 3.6 中断嵌套38-39
• 3.7 中断设计流程39-41
• 3.8 中断控制器使用事项41-43
• 3.9 本章小结43-44
• 第4章 可测试性设计与低功耗设计44-56
• 4.1 可测试性设计44-49
• 4.1.1 扫描链测试44-47
• 4.1.2 可测试性设计流程47-48
• 4.1.3 静态时序分析48-49
• 4.2 低功耗设计49-53
• 4.2.1 门控时钟电路50-51
• 4.2.2 操作数分离51
• 4.2.3 门控功耗51-52
• 4.2.4 功耗对比52-53
• 4.3 后端物理设计53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 功能验证与分析56-65
• 5.1 测试覆盖率56-57
• 5.2 各模块功能验证57-62
• 5.2.1 FIQ 中断验证58-59
• 5.2.2 IRQ 中断验证59-61
• 5.2.3 AHB 总线接口读写验证61
• 5.2.4 保护模式验证61-62
• 5.3 FPGA 原型验证62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 附录A71-72
• 附录B72-74
• 附录C74-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：444446