本文關(guān)鍵詞：基于AXI總線協(xié)議的SPI控制器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

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【摘要】：隨著電子設(shè)計(jì)技術(shù)日新月異的發(fā)展,近年來,系統(tǒng)級(jí)芯片(System-on-a-Chip,So C)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)在集成電路發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用。工程師都希望自己的設(shè)計(jì)可以和更多的電子設(shè)備進(jìn)行通信,因此,如今很多芯片都支持傳統(tǒng)串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface,SPI)、通用串行總線(Universal Serial Bus,USB)等等其他電子設(shè)備接口。其中,SPI協(xié)議因其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通信可靠等諸多優(yōu)點(diǎn),在低速外部設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。本文通過研究Motorola公司的SPI協(xié)議以及ARM公司的高級(jí)可擴(kuò)展接口(Advanced e Xtensible Interface,AXI)協(xié)議,設(shè)計(jì)了一種支持AXI總線傳輸?shù)腟PI控制器模塊,該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了支持多請(qǐng)求功能和支持亂序訪問功能。論文重點(diǎn)介紹了該SPI控制器模塊的設(shè)計(jì)原理和驗(yàn)證方法。首先,論文依據(jù)SPI協(xié)議基本原理給出了該SPI控制器模塊的整體架構(gòu)設(shè)計(jì),并根據(jù)AXI協(xié)議端口特點(diǎn)對(duì)SPI控制器模塊接口信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展,增加與AXI總線通信的接口,使得SPI控制器可以與AXI總線之間進(jìn)行通信,能夠更廣泛地應(yīng)用于不同的So C系統(tǒng)中。該SPI控制器模塊由控制寄存器、擴(kuò)展寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器、SPI控制模塊、讀寫模塊、標(biāo)識(shí)(Identification,ID)控制模塊和移位寄存器等子模塊構(gòu)成。該SPI控制器模塊支持讀請(qǐng)求、讀請(qǐng)求應(yīng)答、寫請(qǐng)求、寫請(qǐng)求應(yīng)答四種傳輸模式。其次,在完成SPI控制器模塊寄存器傳輸級(jí)(Register Transfer Level,RTL)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,驗(yàn)證了若干待測(cè)功能點(diǎn)�；隍�(yàn)證方法學(xué)手冊(cè)(Verification Methodology Manual,VMM)驗(yàn)證方法,利用System Verilog語言為該SPI控制器模塊設(shè)計(jì)搭建層次化的隨機(jī)驗(yàn)證環(huán)境,對(duì)該論文設(shè)計(jì)的SPI控制器模塊進(jìn)行充分驗(yàn)證。再次,利用Synopsys公司的Verilog模擬器編譯(Verilog Compile Simulator,VCS)仿真工具對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行代碼覆蓋率統(tǒng)計(jì)、分析代碼覆蓋率并針對(duì)代碼覆蓋率報(bào)告結(jié)果適當(dāng)添加限制條件提高代碼覆蓋率。對(duì)SPI控制器代碼添加功能覆蓋率組統(tǒng)計(jì)功能覆蓋率。最后,對(duì)SPI控制器模塊進(jìn)行RTL代碼綜合,評(píng)估設(shè)計(jì)面積、時(shí)序、功耗。驗(yàn)證結(jié)果表明:本文設(shè)計(jì)的SPI控制器完全兼容SPI協(xié)議,在功能上達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),可以靈活地應(yīng)用到基于AXI總線協(xié)議的典型So C系統(tǒng)中,可與多種具有SPI接口的電子設(shè)備進(jìn)行通信。此外,采用基于VMM方法學(xué)搭建參數(shù)可配置的隨機(jī)驗(yàn)證環(huán)境有效提高了設(shè)計(jì)的驗(yàn)證效率。
【關(guān)鍵詞】：AXI SPI 驗(yàn)證 綜合
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-15
• 1.1 論文研究背景和意義12-13
• 1.2 論文主要工作13-14
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第2章 技術(shù)背景15-20
• 2.1 SoC技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀15-16
• 2.2 SoC設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單流程16-17
• 2.3 IP核定義及分類17-18
• 2.4 IP核復(fù)用技術(shù)18-19
• 2.5 本章小結(jié)19-20
• 第3章 片上總線介紹20-29
• 3.1 AXI協(xié)議介紹20-25
• 3.1.1 AXI總線通道概述20-21
• 3.1.2 AXI通道握手協(xié)議21-23
• 3.1.3 AXI傳輸時(shí)序關(guān)系23-25
• 3.2 SPI協(xié)議介紹25-28
• 3.2.1 SPI協(xié)議信號(hào)線25-26
• 3.2.2 SPI協(xié)議主從模式26
• 3.2.3 SPI典型系統(tǒng)構(gòu)成26-27
• 3.2.4 SPI協(xié)議時(shí)序27-28
• 3.3 本章小結(jié)28-29
• 第4章 基于AXI總線協(xié)議的SPI控制器設(shè)計(jì)29-39
• 4.1 SPI模塊位置29-30
• 4.2 SPI控制器模塊整體架構(gòu)30-31
• 4.3 SPI控制器接口信號(hào)描述31
• 4.4 SPI控制器寄存器描述31-33
• 4.5 SPI控制器關(guān)鍵模塊33-35
• 4.6 SPI控制器設(shè)計(jì)時(shí)序35-38
• 4.7 本章小結(jié)38-39
• 第5章 SPI模塊驗(yàn)證綜合39-52
• 5.1 驗(yàn)證計(jì)劃39-40
• 5.2 驗(yàn)證方法40-41
• 5.3 覆蓋率的類型41-43
• 5.3.1 代碼覆蓋率41-42
• 5.3.2 功能覆蓋率42-43
• 5.3.3 覆蓋率比較43
• 5.4 SPI模塊仿真驗(yàn)證43-47
• 5.4.1 驗(yàn)證方案43-44
• 5.4.2 隨機(jī)驗(yàn)證環(huán)境44-45
• 5.4.3 添加功能覆蓋45-46
• 5.4.4 仿真驗(yàn)證及結(jié)果分析46-47
• 5.5 SPI控制器邏輯綜合47-51
• 5.5.1 邏輯綜合定義48-49
• 5.5.2 邏輯綜合策略49-50
• 5.5.3 模塊綜合與結(jié)果分析50-51
• 5.6 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 致謝57-58
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文58-59
• 附錄B SPI控制器關(guān)鍵代碼59-73
• 附錄C SPI控制器綜合報(bào)告73-76
• 附錄D SPI控制器在一款芯片上的應(yīng)用76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：909769