基于AMBA总线的SMBus总线控制器的设计与实现
发布时间：2021-08-30 04:50
随着研究技术的不断进步与发展,SoC技术已成为集成电路行业中的重要技术,而片上总线的提出和IP核集成技术的发展,进一步的推动了SoC片上系统的发展,在集成电路行业中有着非常重要的意义。SMBus总线协议是目前比较常用的总线协议,由于其结构简单、设计成本低廉、传输效率高效便捷、兼容性能强大等特点,在SoC产品中都有着比较广泛的应用。因此,基于AMBA片上总线互连技术的SMBus控制器的设计,已在SoC系统设计中有着重要的意义。本文首先对片上总线技术进行了简单概括,然后重点分析概括了AMBA总线架构,以及对其中的AHB和APB的结构特点和传输原理进行了比较详细的说明。然后对SMBus总线进行了详细介绍,包括信号特点、结构介绍、时序关系、传输原理和部分协议分析,并且对比介绍了与I2C总线的不同之处。接下来基于以上理论知识进行了基于AMBA互连的SMBus控制器的结构设计和子模块设计,并用自上而下的设计方式完成RTL设计。接着利用相关软件搭建对应的验证平台对待测设计进行功能性仿真验证,然后继续进行逻辑综合验证,最终确保设计的可靠性和正确性。验证结果表明,本文设计的基于AM...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于AMBA总线架构的片上系统结构
第二章AMBA总线72.2AHB总线协议AHB总线，即先进高性能总线，是高速系统中的重要总线，主要用于连接高性能设备，比如CPU处理器、DMA、片上及片外存储器以及其它的外设等。AHB设计的关键在于自定义设计接口之间的互连，可以最大限度的实现接口互连的最大带宽，此外，AHB总线还具有二级流水线的操作特性，数据传输能力非常强大，能够连续的传输存储在相邻地址空间内的数据，让SoC片上设计与综合以及自动测试技术发展的更高效、更容易。AHB系统架构中主要包括以下几个部分，分别是主机、从机以及基础结构[10]，具体结构图如图2-2所示。AHB协议的数据传输方式是首先所有挂在主线上的主机根据自己想要进行的传输发出寻址地址和控制信号，然后由AHB的仲裁器进行优先级仲裁，来决定最终可以进行数据输出的主机。仲裁成功的主机可以通过中央的多路数据选择器将数据传送给所有的从机，同时也可以读取来自从机的数据，但来自从机的数据需要通过一个译码器来进行数据的控制，然后才由多路数据选择器将最终选择出的数据传输给主机[11]。图2-2典型的AHB设计结构示意图2.2.1AHB信号分析AHB总线信号大致分成时钟、仲裁、地址、控制、写数据、读数据、响应这
第二章AMBA总线9图2-3AHB基本传输时序图为了进一步增强AHB总线的传输效率，AHB总线会将下一次要传输的地址段和当前正在传输的数据段重叠在一起，也就是将一次传输的两个不同阶段的传输过程进行流水化处理。2.3APB总线协议APB总线，即先进外设总线，是AMBA定义的另一种最常用的总线标准，相对于AHB和ASB总线而言，是一种可以降低功耗和设备接口的复杂程度的互连总线，主要用于低速单元之间的互连，比如UART、IIC、PLL、TIMER等，属于二级总线。在实际的芯片设计中，APB常用来和AHB总线配合组成分层的片上系统总线结构，这样做的目的是进一步提高系统的性能，尽量满足低功耗的设计要求。和AHB的多主机多从机的复杂结构不同的是，APB的总线结构更为简单，在APB架构中不需要设置仲裁器，也不需要请求和响应信号，通常通过APB桥和AHB总线连接，从而实现不同模块之间的数据传输，此时APB桥是AHB总线的一个从模块，同时也是APB里仅有的主模块[13]。APB的传输协议也比较简单，完成一次传输需要两周期的时间，且传输过程中没有等待周期，也不需要从设备在传输完成后发出响应信号。
【参考文献】：
期刊论文
[1]系统管理总线（SMBus）[J]. 路秋生,程维东,王昭玲. 电子世界. 2012(03)
[2]集成电路功能验证方法[J]. 席筱颖. 科技传播. 2010(23)
[3]基于SystemVerilog的SoC功能验证方法研究[J]. 程刚,蔡敏. 科学技术与工程. 2009(22)
[4]SoC片上五种总线标准的分析比较[J]. 邓崇亮,覃焕昌. 百色学院学报. 2008(03)
[5]集成电路验证技术[J]. 刘卓军,吴尽昭. 中国基础科学. 2007(03)
[6]AMBA总线的在集成电路中的研究[J]. 黄荣志. 微计算机信息. 2007(14)
[7]集成电路正向设计综述[J]. 谭延军. 微处理机. 2006(06)
[8]基于AMBA总线的DMA控制器IP核设计[J]. 邹杨,林平分,王普,方穗明. 电子产品世界. 2006(14)
[9]基于SoC平台的AHB总线系统研究[J]. 杨玥,陈禾. 现代电子技术. 2006(06)
[10]基于Verilog的SMBus总线控制器的设计与实现[J]. 陈宇杰,付安新. 电子技术应用. 2005(07)
硕士论文
[1]片上I2C总线设计[D]. 杨帆.贵州大学 2015
[2]基于AMBA总线的DES/3DES算法IP核的研究与设计[D]. 刘洪涛.湖南大学 2011
[3]基于APB总线的接口IP核设计与验证[D]. 沈圣盛.西安电子科技大学 2011
[4]智能电池系统的SMBus总线控制器设计与验证[D]. 陈涛.哈尔滨工业大学 2008
[5]高性能数字SoC芯片的验证设计与实现[D]. 周婉婷.电子科技大学 2008
本文编号：3372101
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于AMBA总线架构的片上系统结构
第二章AMBA总线72.2AHB总线协议AHB总线，即先进高性能总线，是高速系统中的重要总线，主要用于连接高性能设备，比如CPU处理器、DMA、片上及片外存储器以及其它的外设等。AHB设计的关键在于自定义设计接口之间的互连，可以最大限度的实现接口互连的最大带宽，此外，AHB总线还具有二级流水线的操作特性，数据传输能力非常强大，能够连续的传输存储在相邻地址空间内的数据，让SoC片上设计与综合以及自动测试技术发展的更高效、更容易。AHB系统架构中主要包括以下几个部分，分别是主机、从机以及基础结构[10]，具体结构图如图2-2所示。AHB协议的数据传输方式是首先所有挂在主线上的主机根据自己想要进行的传输发出寻址地址和控制信号，然后由AHB的仲裁器进行优先级仲裁，来决定最终可以进行数据输出的主机。仲裁成功的主机可以通过中央的多路数据选择器将数据传送给所有的从机，同时也可以读取来自从机的数据，但来自从机的数据需要通过一个译码器来进行数据的控制，然后才由多路数据选择器将最终选择出的数据传输给主机[11]。图2-2典型的AHB设计结构示意图2.2.1AHB信号分析AHB总线信号大致分成时钟、仲裁、地址、控制、写数据、读数据、响应这
第二章AMBA总线9图2-3AHB基本传输时序图为了进一步增强AHB总线的传输效率，AHB总线会将下一次要传输的地址段和当前正在传输的数据段重叠在一起，也就是将一次传输的两个不同阶段的传输过程进行流水化处理。2.3APB总线协议APB总线，即先进外设总线，是AMBA定义的另一种最常用的总线标准，相对于AHB和ASB总线而言，是一种可以降低功耗和设备接口的复杂程度的互连总线，主要用于低速单元之间的互连，比如UART、IIC、PLL、TIMER等，属于二级总线。在实际的芯片设计中，APB常用来和AHB总线配合组成分层的片上系统总线结构，这样做的目的是进一步提高系统的性能，尽量满足低功耗的设计要求。和AHB的多主机多从机的复杂结构不同的是，APB的总线结构更为简单，在APB架构中不需要设置仲裁器，也不需要请求和响应信号，通常通过APB桥和AHB总线连接，从而实现不同模块之间的数据传输，此时APB桥是AHB总线的一个从模块，同时也是APB里仅有的主模块[13]。APB的传输协议也比较简单，完成一次传输需要两周期的时间，且传输过程中没有等待周期，也不需要从设备在传输完成后发出响应信号。
【参考文献】：
期刊论文
[1]系统管理总线（SMBus）[J]. 路秋生,程维东,王昭玲. 电子世界. 2012(03)
[2]集成电路功能验证方法[J]. 席筱颖. 科技传播. 2010(23)
[3]基于SystemVerilog的SoC功能验证方法研究[J]. 程刚,蔡敏. 科学技术与工程. 2009(22)
[4]SoC片上五种总线标准的分析比较[J]. 邓崇亮,覃焕昌. 百色学院学报. 2008(03)
[5]集成电路验证技术[J]. 刘卓军,吴尽昭. 中国基础科学. 2007(03)
[6]AMBA总线的在集成电路中的研究[J]. 黄荣志. 微计算机信息. 2007(14)
[7]集成电路正向设计综述[J]. 谭延军. 微处理机. 2006(06)
[8]基于AMBA总线的DMA控制器IP核设计[J]. 邹杨,林平分,王普,方穗明. 电子产品世界. 2006(14)
[9]基于SoC平台的AHB总线系统研究[J]. 杨玥,陈禾. 现代电子技术. 2006(06)
[10]基于Verilog的SMBus总线控制器的设计与实现[J]. 陈宇杰,付安新. 电子技术应用. 2005(07)
硕士论文
[1]片上I2C总线设计[D]. 杨帆.贵州大学 2015
[2]基于AMBA总线的DES/3DES算法IP核的研究与设计[D]. 刘洪涛.湖南大学 2011
[3]基于APB总线的接口IP核设计与验证[D]. 沈圣盛.西安电子科技大学 2011
[4]智能电池系统的SMBus总线控制器设计与验证[D]. 陈涛.哈尔滨工业大学 2008
[5]高性能数字SoC芯片的验证设计与实现[D]. 周婉婷.电子科技大学 2008
本文编号：3372101
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