基于AXI总线协议的SPI控制器设计与验证
发布时间：2017-09-24 06:09
本文关键词：基于AXI总线协议的SPI控制器设计与验证
【摘要】：随着电子设计技术日新月异的发展,近年来,系统级芯片(System-on-a-Chip,So C)设计技术已经在集成电路发展的各个领域里得到广泛应用。工程师都希望自己的设计可以和更多的电子设备进行通信,因此,如今很多芯片都支持传统串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)、通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)等等其他电子设备接口。其中,SPI协议因其电路结构简单、通信可靠等诸多优点,在低速外部设备中得到广泛应用。本文通过研究Motorola公司的SPI协议以及ARM公司的高级可扩展接口(Advanced e Xtensible Interface,AXI)协议,设计了一种支持AXI总线传输的SPI控制器模块,该设计实现了支持多请求功能和支持乱序访问功能。论文重点介绍了该SPI控制器模块的设计原理和验证方法。首先,论文依据SPI协议基本原理给出了该SPI控制器模块的整体架构设计,并根据AXI协议端口特点对SPI控制器模块接口信号进行扩展,增加与AXI总线通信的接口,使得SPI控制器可以与AXI总线之间进行通信,能够更广泛地应用于不同的So C系统中。该SPI控制器模块由控制寄存器、扩展寄存器、数据寄存器、状态寄存器、SPI控制模块、读写模块、标识(Identification,ID)控制模块和移位寄存器等子模块构成。该SPI控制器模块支持读请求、读请求应答、写请求、写请求应答四种传输模式。其次,在完成SPI控制器模块寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL)设计基础上,验证了若干待测功能点。基于验证方法学手册(Verification Methodology Manual,VMM)验证方法,利用System Verilog语言为该SPI控制器模块设计搭建层次化的随机验证环境,对该论文设计的SPI控制器模块进行充分验证。再次,利用Synopsys公司的Verilog模拟器编译(Verilog Compile Simulator,VCS)仿真工具对设计进行代码覆盖率统计、分析代码覆盖率并针对代码覆盖率报告结果适当添加限制条件提高代码覆盖率。对SPI控制器代码添加功能覆盖率组统计功能覆盖率。最后,对SPI控制器模块进行RTL代码综合,评估设计面积、时序、功耗。验证结果表明:本文设计的SPI控制器完全兼容SPI协议,在功能上达到了预期目标,可以灵活地应用到基于AXI总线协议的典型So C系统中,可与多种具有SPI接口的电子设备进行通信。此外,采用基于VMM方法学搭建参数可配置的随机验证环境有效提高了设计的验证效率。
【关键词】：AXI SPI 验证 综合
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：
- 摘要7-8
- Abstract8-12
- 第1章 绪论12-15
- 1.1 论文研究背景和意义12-13
- 1.2 论文主要工作13-14
- 1.3 论文结构安排14-15
- 第2章 技术背景15-20
- 2.1 SoC技术发展及现状15-16
- 2.2 SoC设计简单流程16-17
- 2.3 IP核定义及分类17-18
- 2.4 IP核复用技术18-19
- 2.5 本章小结19-20
- 第3章 片上总线介绍20-29
- 3.1 AXI协议介绍20-25
- 3.1.1 AXI总线通道概述20-21
- 3.1.2 AXI通道握手协议21-23
- 3.1.3 AXI传输时序关系23-25
- 3.2 SPI协议介绍25-28
- 3.2.1 SPI协议信号线25-26
- 3.2.2 SPI协议主从模式26
- 3.2.3 SPI典型系统构成26-27
- 3.2.4 SPI协议时序27-28
- 3.3 本章小结28-29
- 第4章 基于AXI总线协议的SPI控制器设计29-39
- 4.1 SPI模块位置29-30
- 4.2 SPI控制器模块整体架构30-31
- 4.3 SPI控制器接口信号描述31
- 4.4 SPI控制器寄存器描述31-33
- 4.5 SPI控制器关键模块33-35
- 4.6 SPI控制器设计时序35-38
- 4.7 本章小结38-39
- 第5章 SPI模块验证综合39-52
- 5.1 验证计划39-40
- 5.2 验证方法40-41
- 5.3 覆盖率的类型41-43
- 5.3.1 代码覆盖率41-42
- 5.3.2 功能覆盖率42-43
- 5.3.3 覆盖率比较43
- 5.4 SPI模块仿真验证43-47
- 5.4.1 验证方案43-44
- 5.4.2 随机验证环境44-45
- 5.4.3 添加功能覆盖45-46
- 5.4.4 仿真验证及结果分析46-47
- 5.5 SPI控制器逻辑综合47-51
- 5.5.1 逻辑综合定义48-49
- 5.5.2 逻辑综合策略49-50
- 5.5.3 模块综合与结果分析50-51
- 5.6 本章小结51-52
- 结论52-53
- 参考文献53-57
- 致谢57-58
- 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文58-59
- 附录B SPI控制器关键代码59-73
- 附录C SPI控制器综合报告73-76
- 附录D SPI控制器在一款芯片上的应用76
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贾勇;;浅谈嵌入式处理器及其发展趋势[J];科技信息;2011年22期
2 胡刚;李冰;陈冲;潘树国;王浩;;基于FPGA的SPI总线在软件接收机上的应用[J];现代电子技术;2011年08期
3 唐华国;;现场总线技术及控制系统研究[J];中国高新技术企业;2011年09期
4 徐玮;彭敏芳;魏巍;戴婧;;轻松学PIC之SPI总线篇[J];电子制作;2010年11期
5 罗胜耘;陈楠;胡文生;;高速可复用SPI总线的设计与实现[J];青海科技;2010年02期
6 李维聪;王宇;王志雄;;高速SPI总线接口在短波接收机中应用[J];通信与信息技术;2010年02期
7 赵杰;曹凡;Q盍，
本文编号：909769
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/909769.html
