嵌入式Flash加速控制器的设计与实现

发布时间：2017-08-09 06:21

  本文关键词：嵌入式Flash加速控制器的设计与实现

  更多相关文章： SoC 嵌入式Flash加速控制器 缓存 IP-XACT标准

【摘要】：随着智能化的普及以及物联网的兴起,内置嵌入式Flash的MCU (Micro Control Unit,微控制器,也称为单片机)在工业控制以及消费电子类市场得到了的越来越广泛的使用。针对这种低功耗、低成本的应用环境,本文设计并实现了一款基于2路组相联缓存结构的嵌入式Flash加速控制器,可面向ARM CortexMO/M3、杭州中天微系统有限公司CK802/CK803等低功耗、低成本32位嵌入式处理器和32位嵌入式Flash。 为了加强对不同型号嵌入式Flash的兼容,本文提出了一种通用化的模板架构。对于不同的Flash型号或者用于FPGA原型验证的Flash;加速控制模拟器,设计者只需要重新设计或修改Flash接口控制单元即可,其他模块和整体架构可配置并且通用,实现了统一的硬件架构和软件接口。这种模块重用化的设计思想加快了针对新款Flash的加速控制器的开发速度,并且设计者可以尽早向客户提供用于软硬件协同验证的FPGA仿真器,使软件验证能够与硬件设计并行开展。 以两款Flash为例,本文介绍了各自的Flash接口控制单元设计,并针对不同频率下接口的特点加入了低频快速访问(读取)模式和高频访问(读取)模式。同时,本文还介绍了用于保护Flash数据不被非法访问的Flash安全机制。 为了实现读取加速,本文提出读加速单元以指令缓存结构为基础,但针对传统指令缓存存在的局限性进行了优化,从而在占用资源(缓存容量)较少,频率较低(用于部分低功耗应用)的环境下取得较高的性能和较低的功耗。 最后,本文通过基于IP-XACT标准的P封装技术和C-SKY SoC设计集成平台将这款嵌入式Flash加速控制器封装入库并集成到SoC设计中。
【关键词】：SoC 嵌入式Flash加速控制器 缓存 IP-XACT标准
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 本文研究背景9-13
• 1.1.1 嵌入式Flash简介9-11
• 1.1.2 嵌入式Flash控制器11-13
• 1.2 研究现状13-14
• 1.3 本文内容及章节安排14-16
• 第2章 AMBAAHB总线与FLASH接口协议16-29
• 2.1 AMBAAHB总线协议16-19
• 2.1.1 AHB仲裁16-17
• 2.1.2 AHB总线基本传输17-19
• 2.1.3 AHB从机接口19
• 2.2 嵌入式FLASH接口协议19-28
• 2.2.1 PF64K17E19-23
• 2.2.2 GRA_FLS2P5M28DA23-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 嵌入式FLASH加速控制器29-49
• 3.1 整体架构29-30
• 3.2 FLASH擦写单元30-32
• 3.3 FLASH接口控制单元32-43
• 3.3.1 有限状态机(FSM)32-37
• 3.3.2 低频快速访问(读取)模式37-41
• 3.3.3 高频访问(读取)模式41-42
• 3.3.4 冗余存储区域的处理42-43
• 3.4 实验结果分析43-47
• 3.4.1 读、写、擦功能仿真44-45
• 3.4.2 低频快速访问(读取)模式验证45-47
• 3.5 FLASH安全机制47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 基于缓存结构的FLASH读加速单元49-67
• 4.1 缓存基本原理49-51
• 4.2 加速与功耗优化技术51-58
• 4.2.1 回填隐藏技术与改进型关键字优先预取策略51-54
• 4.2.2 具有自适应预取功能的缓存锁定技术54-56
• 4.2.3 预查找技术56-58
• 4.3 硬件设计与实现58-60
• 4.4 实验结果分析60-66
• 4.4.1 性能测试结果与分析60-62
• 4.4.2 功耗测试结果与分析62-65
• 4.4.3 综合面积65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 基于IP-XACT标准的IP封装与SOC集成67-81
• 5.1 基于IP-XACT的SOC集成方法67-68
• 5.2 CK-SOC集成平台68-71
• 5.3 嵌入式FLASH加速控制器IP封装71-75
• 5.3.1 支持FPGA原型验证的Flash加速控制器71-72
• 5.3.2 IP-XACT封装72-75
• 5.4 基于嵌入式FLASH加速控制器的SoC设计75-80
• 5.4.1 整体架构76
• 5.4.2 总线矩阵76-77
• 5.4.3 存储系统及地址空间分配77-79
• 5.4.4 功耗/时钟管理79-80
• 5.4.5 版图实现80
• 5.5 本章小结80-81
• 第6章 总结与展望81-82
• 参考文献82-84
• 作者简历及在学习期间取得的科研成果84

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