LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... ii MỤC LỤC.............................................................................................................iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................... v DANH MỤC BẢNG............................................................................................vii CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. ix CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 1
1.1 Sơ lược về sự phát triển thiết kế vi mạch hiện nay ....................................... 1 1.2 Lý do chọn đề tài .......................................................................................... 1 1.3 Mục tiêu đề tài .............................................................................................. 2 1.4 Giới hạn đề tài............................................................................................... 2 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI.......................................................................................... 2
CHƯƠNG 2 ........................................................................................................... 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................. 4 2.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC SOC VÀ BỘ GIAO THỨC AMBA........ 4 2.2 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC AMBA AHB LITE ................................. 6 2.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống AHB LITE .............................................. 6 2.2.2 Tổng quan hoạt động trên AHB LITE ................................................... 9 2.2.3 Mô tả các đường tín hiệu...................................................................... 10 2.2.4 Các loại giao dịch trên AHB LITE....................................................... 13 2.3 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC AMBA APB ......................................... 20 2.3.1 Giới thiệu chung về giao thức AMBA APB ........................................ 20 2.3.2 Mô tả các đường tín hiệu...................................................................... 21 2.3.3 Các trạng thái hoạt động của APB ....................................................... 22 2.3.4 Quá trình ghi dữ liệu trên APB bus ...................................................... 23 2.3.5 Quá trình đọc dữ liệu trên APB bus ..................................................... 25
2.4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FPGA VÀ NGÔN NGỮ MÔ TẢ PHẦN CỨNG VERILOG ............................................................................................ 27
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 28 THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ BỘ CHUYỂN ĐỔI AHB LITE SANG APB BUS 28 iii
3.1 ĐẶC TẢ MÔ HÌNH ................................................................................... 28 3.1.1 Yêu cầu của mô hình kiểm tra chức năng bộ chuyển đổi .................... 28 3.1.2 Hoạt động của mô hình kiểm tra chức năng bộ chuyển đổi ................. 28
3.2 THIẾT KẾ CHO CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ...................... 29 3.2.1 Thiết kế bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus .............................. 29
3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BỘ CHUYỂN ĐỔI AHB LITE SANG APB BUS GIAO TIẾP VỚI RAM CONTROLLER ......................................................... 48
3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống.............................................................................. 48
3.3.2 Sơ đồ kết nối hệ thống.......................................................................... 48 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................... 49 4.1 KẾT QUẢ TỔNG HỢP SƠ ĐỒ KHỐI ...................................................... 49 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHỨC NĂNG.................................................... 50 4.2.1 Kết quả kiểm tra bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus................. 50 4.2.3 Kết quả kiểm tra bộ chuyển đổi giao tiếp với RAM controller............ 54 4.3 ĐÁNH GIÁ BỘ CHUYỂN ĐỔI AHB LITE SANG APB BUS................ 65 4.3.1 Đánh giá về tần số hoạt động và timing ............................................... 65 4.3.2 Đánh giá về công suất .......................................................................... 67 4.3.3 Đánh giá về tài nguyên hệ thống .......................................................... 68 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................... 69 5.1 KẾT LUẬN................................................................................................. 69 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................................. 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 71
iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Một số chuẩn bus của họ AMBA........................................................... 4 Hình 2.2: Kiến trúc của một SoC và vị trí của bộ giao thức AMBA ..................... 5 Hình 2.3: Hệ thống AHB LITE đơn giản............................................................... 7 Hình 2.4: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị chủ .................................................. 7 Hình 2.5: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị tớ .................................................... 8 Hình 2.6: Quá trình đọc dữ liệu, không có trạng thái đợi .................................... 14 Hình 2.7: Quá trình ghi dữ liệu, không có trạng thái đợi ..................................... 15 Hình 2.8: Quá trình đọc dữ liệu, có trạng thái đợi ............................................... 15 Hình 2.9: Quá trình ghi dữ liệu, có trạng thái đợi ................................................ 16 Hình 2.10: Đa giao dịch ....................................................................................... 16 Hình 2.11: Minh họa các loại giao dịch ............................................................... 18 Hình 2.12: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị chủ APB ..................................... 20 Hình 2.13: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị tớ APB........................................ 21 Hình 2.14: Các trạng thái hoạt động của APB ..................................................... 22 Hình 2.15: Quá trình ghi dữ liệu không đợi ......................................................... 24 Hình 2.16: Quá trình ghi dữ liệu có đợi ............................................................... 25 Hình 2.17: Quá trình đọc dữ liệu không đợi ........................................................ 25 Hình 2.18: Quá trình đọc dữ liệu có đợi .............................................................. 26
Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát của module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ..... 29 Hình 3.2: Các khối chính trong module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ........... 29 Hình 3.3: Sơ đồ các bước thiết kế module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ....... 30 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối của khối pipelining ........................................................ 32 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối của khối lựa chọn thiết bị tớ .......................................... 33 Hình 3.6: Bộ phát hiện giao dịch hợp lệ .............................................................. 34 Hình 3.7: Sơ đồ khối tổng quát module máy trạng thái APB .............................. 35 Hình 3.8: Các khối chính trong module máy trạng thái APB .............................. 35 Hình 3.9: Sơ đồ các bước thiết kế cho module máy trạng thái APB ................... 36
Hình 3.10: Mô tả hoạt động máy trạng thái của bộ chuyển đổi ........................... 40 v
Hình 3.11: Sơ đồ khối tổng quát bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus........ 43 Hình 3.12: Sơ đồ khối bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus........................ 45 Hình 3.13: Kiến trúc bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus .......................... 45 Hình 3.14: Sơ đồ kiến trúc các thanh ghi ............................................................. 46 Hình 3.15: Sơ đồ thiết kế cho module bộ chuyển đổi .......................................... 47 Hình 3.16: Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................... 48 Hình 3.17: Sơ đồ kết nối hệ thống ....................................................................... 48
Hình 4.1: Sơ đồ kết nối các khối của thiết kế bộ chuyển đổi............................... 49 Hình 4.2: Sơ đồ kết nối các khối của hệ thống bộ chuyển đổi giao tiếp với RAM
controller ...................................................................................................... 49 Hình 4.3: Mô hình testbench bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus ............. 50 Hình 4.4: Kết quả kiểm tra chức năng bộ chuyển đổi.......................................... 52 Hình 4.5: Mô hình testbench toàn hệ thống ......................................................... 54 Hình 4.6: Kết quả kiểm tra chức năng ghi và đọc đơn của toàn hệ thống ........... 59 Hình 4.7: Kết quả kiểm tra chức năng ghi và đọc burst INCR4 của toàn hệ thống
...................................................................................................................... 61 Hình 4.8: Kết quả kiểm tra chức năng ghi và đọc burst WRAP4 của toàn hệ
thống ............................................................................................................ 63 Hình 4.9: Các ràng buộc của thiết kế ................................................................... 65 Hình 4.10: Báo cáo về timing của thiết kế ........................................................... 66
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Mô tả các đường tín hiệu toàn cục....................................................... 10 Bảng 2.2: Mô tả các đường tín hiệu của thiết bị chủ ........................................... 11 Bảng 2.3: Mô tả các đường tín hiệu của thiết bị tớ .............................................. 12 Bảng 2.4: Mô tả đường tín hiệu của bộ giải mã ................................................... 12 Bảng 2.5: Mô tả đường tín hiệu của bộ ghép kênh .............................................. 13 Bảng 2.6: Các loại giao dịch ................................................................................ 17 Bảng 2.7: Mô tả các kích thước của giao dịch ..................................................... 18 Bảng 2.8: Các loại của giao dịch burst................................................................. 19 Bảng 2.9: Mô tả một số đường tín hiệu trong AMBA APB ................................ 21
Bảng 3.1: Các đường tín hiệu của module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ....... 30 Bảng 3.2: Các tham số của module giao diện thiết bị tớ AHB LITE .................. 31 Bảng 3.3: Mô tả hoạt động của khối pipelining ................................................... 32 Bảng 3.4: Mô tả trạng thái của đường tín hiệu “BS_TEMP_SELX” .................. 33 Bảng 3.5: Mô tả các đường tín hiệu của module máy trạng thái APB ................ 37 Bảng 3.6: Các tham số và các thanh ghi trong module máy trạng thái APB....... 38 Bảng 3.7: Các đường tín hiệu của bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus ..... 44 Bảng 3.8: Các thanh ghi trong bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus ........... 47
Bảng 4.1: Tóm tắt các Testcase............................................................................ 51 Bảng 4.2: Tóm tắt các Testcase............................................................................ 55 Bảng 4.3: Kết quả đánh giá về tần số hoạt động tối đa........................................ 66 Bảng 4.4: Tóm tắt kết quả đánh giá công suất ..................................................... 67 Bảng 4.5: Tóm tắt kết quả về đánh giá tài nguyên mà bộ chuyển đổi tiêu tốn trên
Kit “xc7k70tfbv676-1” ................................................................................ 68
vii
viii
Từ viết tắt
SoC IP core CPU ARM AMBA AHB APB RAM FPGA AXI ACE CHI UART PIO BFM LUTs FF IO BUFG
CÁC TỪ VIẾT TẮT Dạng đầy đủ
System on a Chip
Intellectual Property core
Central Processing Unit
Advanced RISC Machines
Advanced Microcontroller Bus Architecture Advanced High-performance Bus
Advanced Peripheral Bus
Random Access Memory
Field Programmable Gate Array
Advanced eXtensible Interface
AXI Coherency Extensions
Coherent Hub Interface
Universal Asynchronous Receiver Transmitter Parallel Input/Output
Bus Functional Model
LookUp Tables
Flip Flop
Input Output
Buffer Global Clock Switching Characteristics
ix
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Sơ lược về sự phát triển thiết kế vi mạch hiện nay
Trong bối cảnh sự phát triển về công nghệ ngày càng nhanh như hiện tại, các yêu cầu về các thiết bị phần cứng ngày càng tăng cao giúp cho công nghệ vi mạch tích hợp trở thành hạt nhân trong ngành công nghiệp điện tử. Công nghệ vi mạch tích hợp đã và đang trở thành một lĩnh vực đóng vai trò quan trọng trong công cuộc cách mạng hóa ngành công nghiệp điện tử, điều đó giúp cho sự phát triển của nó mạnh mẽ hơn bao giờ hết. Vi mạch tích hợp (VLSI) đã giúp tăng cường hiệu suất, tích hợp nhiều chức năng trên một con chip, đồng thời cũng làm giảm kích thước của các thiết bị điện tử đi rất nhiều lần. Một phần quan trọng của việc tích hợp các chức năng của vi mạch là khả năng kết nối các thành phần khác nhau trên một con chip duy nhất. Trong đó, giao thức (BUS) là một phần không thể thiếu để đảm bảo sự tương tác một cách thống nhất và hiệu quả giữa các thành phần với nhau trong một hệ thống kiến trúc chip - SoC (System on Chip). Hiểu được tầm quan trọng của các giao thức, việc nghiên cứu và phát triển các giao thức đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong những năm gần đây, tiêu biểu có thể kể đến các chuẩn giao thức như WISHBONE, Avalon, CAN, I2C... hay bộ giao thức AMBA (AXI, AHB, APB,...). Từ đó yêu cầu về việc thực hiện các bộ chuyển đổi giao thức được đặt ra và cho đến nay các bộ giao thức chuyển đổi đã được tạo ra, ứng dụng nhiều trong các kiến trúc thiết kế chip SoC như các bộ chuyển đổi giao thức APB- WISHBONE, APB-I2C, AXI-AHB,...
1.2 Lý do chọn đề tài
Nhận thấy sự cần thiết trong việc nghiên cứu và phát triển các bộ chuyển đổi giao thức trong lĩnh vực thiết kế vi mạch cùng với sự phức tạp ngày càng gia tăng của các ứng dụng vi mạch đòi hỏi sự tối ưu hóa trong việc quản lý giao tiếp giữa các thành phần trong một hệ thống, đặc biệt là khi các thành phần này sử dụng các giao thức khác nhau. Với việc các nghiên cứu trước đây thường đã tập trung vào việc phát triển các giao thức chuyển đổi có hiệu suất cao nhưng vẫn còn các thiếu
sót, hạn chế. Điều này tạo ra thêm các cơ hội cho việc nghiên cứu, phát triển về bộ 1
chuyển đổi giao thức AHB Lite – APB Bus, và cũng là mục tiêu của đề tài này. Đó cũng là lý do chính để người thực hiện quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế và kiểm bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite – APB Bus”. Với việc chuyển đổi giữa hai giao thức này, người thực hiện hy vọng có thể phát triển một bộ chuyển đổi giao thức phù hợp với các yêu cầu hiện nay, góp phần cải thiện hiệu suất, tối ưu tương tác giữa các vi mạch trên cùng một con chip.
1.3 Mục tiêu đề tài
Người thực hiện thực hiện đề tài này thông qua các tài liệu chuyên ngành cũng như kiến thức đã được tích lũy trong quá trình học tập, làm việc để thực hiện thiết kế và kiểm tra đánh giá một bộ chuyển đổi giao thức từ AHB Lite qua APB Bus. Với các yêu cầu cụ thể như sau:
- Thực hiện thiết kế bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite – APB Bus cải thiện sự rõ ràng và toàn vẹn trong quá trình truyền dữ liệu so với thiết kế trước đó[6].
- Thực hiện mô phỏng và đánh giá các chức năng của bộ chuyển đổi.
- Trình bày kết quả và đánh giá bộ chuyển đổi.
1.4 Giới hạn đề tài
Đề tài được đề ra nhằm mục đích phát triển bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite -APB Bus. Về phạm vi nghiên cứu: Việc thực hiện thiết kế và mô phỏng đánh giá sử dụng ngôn ngữ HDL Verilog cùng các tiện ích của công cụ XILINX ISE. Đề tài chỉ tập trung vào việc chuyển đổi giao thức từ AHB qua APB và không đề cập đến các giao thức cũng như ngoại vi khác.
1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Bài báo cáo đề tài được trình bày trong trong 5 chương với các nội dung cụ thể dựa trên mục tiêu đã được đề ra ở mục 1.3 cũng như quá trình nghiên cứu thiết kế và đánh giá bộ chuyển đổi giao thứ AHB-APB. Bố cục của đề tài như sau:
Chương 1: Tổng quan
Trong chương này tui trình bày các nội dung tổng quan của bài báo cáo bao gồm tình hình nghiên cứu liên quan về đề tài, mục tiêu, lý do chọn đề tài, các giới hạn trong nghiên cứu đề tài và bố cục bài báo cáo.
2
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong chương này tui trình bày sơ lược về kiến trúc SoC và AMBA cùng các lý thuyết cơ bản và vai trò của 2 giao thức AHB, APB.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Trong chương này tui trình bày quá trình thiết kế các khối cấu trúc và chi tiết của bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite-APB Bus.
Chương 4: Mô phỏng, kiểm tra và đánh giá kết quả
Trong chương 4 tui nêu ra các yếu tố, tiêu chí đánh giá quan trọng của đề tài. Tiếp đó thực hiện mô phỏng, kiểm tra và so sánh kết quả đạt được với các tiêu chí đã nêu cũng như phân tích đánh giá hiệu năng của thiết kế.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Trong chương cuối cùng tui trình bày tổng hợp và nhận xét các giá trị đạt được
từ thiết kế so với mục tiêu đề ra ở mục 1.3. Ngoài ra đưa ra phương hướng phát triển đề tài sau khi đã nới rộng được các giới hạn về thời gian và công nghệ.
3
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC SOC VÀ BỘ GIAO THỨC AMBA
AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) ra mắt vào năm 1996 và được thiết kế bởi công ty sản xuất chip rất nổi tiếng - ARM (Advanced RISH Machines). Hiện tại AMBA đã và đang là một kiến trúc bus được sử dụng rộng rãi trong SoC.
AMBA cung cấp các chuẩn bus giúp các thành phần trên SoC được kết nối và có thể dễ dàng giao tiếp với nhau. Điều này góp phần tăng hiệu năng và tiết kiệm chi phí hệ thống một cách rõ rệt. Hình 2.1 bên dưới minh hoạ các phiên bản và các chuẩn giao thức trong AMBA.
Hình 2.1: Một số c
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... ii MỤC LỤC.............................................................................................................iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................... v DANH MỤC BẢNG............................................................................................vii CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. ix CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 1
1.1 Sơ lược về sự phát triển thiết kế vi mạch hiện nay ....................................... 1 1.2 Lý do chọn đề tài .......................................................................................... 1 1.3 Mục tiêu đề tài .............................................................................................. 2 1.4 Giới hạn đề tài............................................................................................... 2 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI.......................................................................................... 2
CHƯƠNG 2 ........................................................................................................... 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................. 4 2.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC SOC VÀ BỘ GIAO THỨC AMBA........ 4 2.2 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC AMBA AHB LITE ................................. 6 2.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống AHB LITE .............................................. 6 2.2.2 Tổng quan hoạt động trên AHB LITE ................................................... 9 2.2.3 Mô tả các đường tín hiệu...................................................................... 10 2.2.4 Các loại giao dịch trên AHB LITE....................................................... 13 2.3 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC AMBA APB ......................................... 20 2.3.1 Giới thiệu chung về giao thức AMBA APB ........................................ 20 2.3.2 Mô tả các đường tín hiệu...................................................................... 21 2.3.3 Các trạng thái hoạt động của APB ....................................................... 22 2.3.4 Quá trình ghi dữ liệu trên APB bus ...................................................... 23 2.3.5 Quá trình đọc dữ liệu trên APB bus ..................................................... 25
2.4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FPGA VÀ NGÔN NGỮ MÔ TẢ PHẦN CỨNG VERILOG ............................................................................................ 27
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 28 THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ BỘ CHUYỂN ĐỔI AHB LITE SANG APB BUS 28 iii
3.1 ĐẶC TẢ MÔ HÌNH ................................................................................... 28 3.1.1 Yêu cầu của mô hình kiểm tra chức năng bộ chuyển đổi .................... 28 3.1.2 Hoạt động của mô hình kiểm tra chức năng bộ chuyển đổi ................. 28
3.2 THIẾT KẾ CHO CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ...................... 29 3.2.1 Thiết kế bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus .............................. 29
3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BỘ CHUYỂN ĐỔI AHB LITE SANG APB BUS GIAO TIẾP VỚI RAM CONTROLLER ......................................................... 48
3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống.............................................................................. 48
3.3.2 Sơ đồ kết nối hệ thống.......................................................................... 48 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................... 49 4.1 KẾT QUẢ TỔNG HỢP SƠ ĐỒ KHỐI ...................................................... 49 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHỨC NĂNG.................................................... 50 4.2.1 Kết quả kiểm tra bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus................. 50 4.2.3 Kết quả kiểm tra bộ chuyển đổi giao tiếp với RAM controller............ 54 4.3 ĐÁNH GIÁ BỘ CHUYỂN ĐỔI AHB LITE SANG APB BUS................ 65 4.3.1 Đánh giá về tần số hoạt động và timing ............................................... 65 4.3.2 Đánh giá về công suất .......................................................................... 67 4.3.3 Đánh giá về tài nguyên hệ thống .......................................................... 68 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................... 69 5.1 KẾT LUẬN................................................................................................. 69 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................................. 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 71
iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Một số chuẩn bus của họ AMBA........................................................... 4 Hình 2.2: Kiến trúc của một SoC và vị trí của bộ giao thức AMBA ..................... 5 Hình 2.3: Hệ thống AHB LITE đơn giản............................................................... 7 Hình 2.4: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị chủ .................................................. 7 Hình 2.5: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị tớ .................................................... 8 Hình 2.6: Quá trình đọc dữ liệu, không có trạng thái đợi .................................... 14 Hình 2.7: Quá trình ghi dữ liệu, không có trạng thái đợi ..................................... 15 Hình 2.8: Quá trình đọc dữ liệu, có trạng thái đợi ............................................... 15 Hình 2.9: Quá trình ghi dữ liệu, có trạng thái đợi ................................................ 16 Hình 2.10: Đa giao dịch ....................................................................................... 16 Hình 2.11: Minh họa các loại giao dịch ............................................................... 18 Hình 2.12: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị chủ APB ..................................... 20 Hình 2.13: Sơ đồ khối của thành phần thiết bị tớ APB........................................ 21 Hình 2.14: Các trạng thái hoạt động của APB ..................................................... 22 Hình 2.15: Quá trình ghi dữ liệu không đợi ......................................................... 24 Hình 2.16: Quá trình ghi dữ liệu có đợi ............................................................... 25 Hình 2.17: Quá trình đọc dữ liệu không đợi ........................................................ 25 Hình 2.18: Quá trình đọc dữ liệu có đợi .............................................................. 26
Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát của module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ..... 29 Hình 3.2: Các khối chính trong module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ........... 29 Hình 3.3: Sơ đồ các bước thiết kế module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ....... 30 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối của khối pipelining ........................................................ 32 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối của khối lựa chọn thiết bị tớ .......................................... 33 Hình 3.6: Bộ phát hiện giao dịch hợp lệ .............................................................. 34 Hình 3.7: Sơ đồ khối tổng quát module máy trạng thái APB .............................. 35 Hình 3.8: Các khối chính trong module máy trạng thái APB .............................. 35 Hình 3.9: Sơ đồ các bước thiết kế cho module máy trạng thái APB ................... 36
Hình 3.10: Mô tả hoạt động máy trạng thái của bộ chuyển đổi ........................... 40 v
Hình 3.11: Sơ đồ khối tổng quát bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus........ 43 Hình 3.12: Sơ đồ khối bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus........................ 45 Hình 3.13: Kiến trúc bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus .......................... 45 Hình 3.14: Sơ đồ kiến trúc các thanh ghi ............................................................. 46 Hình 3.15: Sơ đồ thiết kế cho module bộ chuyển đổi .......................................... 47 Hình 3.16: Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................... 48 Hình 3.17: Sơ đồ kết nối hệ thống ....................................................................... 48
Hình 4.1: Sơ đồ kết nối các khối của thiết kế bộ chuyển đổi............................... 49 Hình 4.2: Sơ đồ kết nối các khối của hệ thống bộ chuyển đổi giao tiếp với RAM
controller ...................................................................................................... 49 Hình 4.3: Mô hình testbench bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus ............. 50 Hình 4.4: Kết quả kiểm tra chức năng bộ chuyển đổi.......................................... 52 Hình 4.5: Mô hình testbench toàn hệ thống ......................................................... 54 Hình 4.6: Kết quả kiểm tra chức năng ghi và đọc đơn của toàn hệ thống ........... 59 Hình 4.7: Kết quả kiểm tra chức năng ghi và đọc burst INCR4 của toàn hệ thống
...................................................................................................................... 61 Hình 4.8: Kết quả kiểm tra chức năng ghi và đọc burst WRAP4 của toàn hệ
thống ............................................................................................................ 63 Hình 4.9: Các ràng buộc của thiết kế ................................................................... 65 Hình 4.10: Báo cáo về timing của thiết kế ........................................................... 66
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Mô tả các đường tín hiệu toàn cục....................................................... 10 Bảng 2.2: Mô tả các đường tín hiệu của thiết bị chủ ........................................... 11 Bảng 2.3: Mô tả các đường tín hiệu của thiết bị tớ .............................................. 12 Bảng 2.4: Mô tả đường tín hiệu của bộ giải mã ................................................... 12 Bảng 2.5: Mô tả đường tín hiệu của bộ ghép kênh .............................................. 13 Bảng 2.6: Các loại giao dịch ................................................................................ 17 Bảng 2.7: Mô tả các kích thước của giao dịch ..................................................... 18 Bảng 2.8: Các loại của giao dịch burst................................................................. 19 Bảng 2.9: Mô tả một số đường tín hiệu trong AMBA APB ................................ 21
Bảng 3.1: Các đường tín hiệu của module giao diện thiết bị tớ AHB LITE ....... 30 Bảng 3.2: Các tham số của module giao diện thiết bị tớ AHB LITE .................. 31 Bảng 3.3: Mô tả hoạt động của khối pipelining ................................................... 32 Bảng 3.4: Mô tả trạng thái của đường tín hiệu “BS_TEMP_SELX” .................. 33 Bảng 3.5: Mô tả các đường tín hiệu của module máy trạng thái APB ................ 37 Bảng 3.6: Các tham số và các thanh ghi trong module máy trạng thái APB....... 38 Bảng 3.7: Các đường tín hiệu của bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus ..... 44 Bảng 3.8: Các thanh ghi trong bộ chuyển đổi AHB LITE sang APB bus ........... 47
Bảng 4.1: Tóm tắt các Testcase............................................................................ 51 Bảng 4.2: Tóm tắt các Testcase............................................................................ 55 Bảng 4.3: Kết quả đánh giá về tần số hoạt động tối đa........................................ 66 Bảng 4.4: Tóm tắt kết quả đánh giá công suất ..................................................... 67 Bảng 4.5: Tóm tắt kết quả về đánh giá tài nguyên mà bộ chuyển đổi tiêu tốn trên
Kit “xc7k70tfbv676-1” ................................................................................ 68
vii
viii
Từ viết tắt
SoC IP core CPU ARM AMBA AHB APB RAM FPGA AXI ACE CHI UART PIO BFM LUTs FF IO BUFG
CÁC TỪ VIẾT TẮT Dạng đầy đủ
System on a Chip
Intellectual Property core
Central Processing Unit
Advanced RISC Machines
Advanced Microcontroller Bus Architecture Advanced High-performance Bus
Advanced Peripheral Bus
Random Access Memory
Field Programmable Gate Array
Advanced eXtensible Interface
AXI Coherency Extensions
Coherent Hub Interface
Universal Asynchronous Receiver Transmitter Parallel Input/Output
Bus Functional Model
LookUp Tables
Flip Flop
Input Output
Buffer Global Clock Switching Characteristics
ix
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Sơ lược về sự phát triển thiết kế vi mạch hiện nay
Trong bối cảnh sự phát triển về công nghệ ngày càng nhanh như hiện tại, các yêu cầu về các thiết bị phần cứng ngày càng tăng cao giúp cho công nghệ vi mạch tích hợp trở thành hạt nhân trong ngành công nghiệp điện tử. Công nghệ vi mạch tích hợp đã và đang trở thành một lĩnh vực đóng vai trò quan trọng trong công cuộc cách mạng hóa ngành công nghiệp điện tử, điều đó giúp cho sự phát triển của nó mạnh mẽ hơn bao giờ hết. Vi mạch tích hợp (VLSI) đã giúp tăng cường hiệu suất, tích hợp nhiều chức năng trên một con chip, đồng thời cũng làm giảm kích thước của các thiết bị điện tử đi rất nhiều lần. Một phần quan trọng của việc tích hợp các chức năng của vi mạch là khả năng kết nối các thành phần khác nhau trên một con chip duy nhất. Trong đó, giao thức (BUS) là một phần không thể thiếu để đảm bảo sự tương tác một cách thống nhất và hiệu quả giữa các thành phần với nhau trong một hệ thống kiến trúc chip - SoC (System on Chip). Hiểu được tầm quan trọng của các giao thức, việc nghiên cứu và phát triển các giao thức đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong những năm gần đây, tiêu biểu có thể kể đến các chuẩn giao thức như WISHBONE, Avalon, CAN, I2C... hay bộ giao thức AMBA (AXI, AHB, APB,...). Từ đó yêu cầu về việc thực hiện các bộ chuyển đổi giao thức được đặt ra và cho đến nay các bộ giao thức chuyển đổi đã được tạo ra, ứng dụng nhiều trong các kiến trúc thiết kế chip SoC như các bộ chuyển đổi giao thức APB- WISHBONE, APB-I2C, AXI-AHB,...
1.2 Lý do chọn đề tài
Nhận thấy sự cần thiết trong việc nghiên cứu và phát triển các bộ chuyển đổi giao thức trong lĩnh vực thiết kế vi mạch cùng với sự phức tạp ngày càng gia tăng của các ứng dụng vi mạch đòi hỏi sự tối ưu hóa trong việc quản lý giao tiếp giữa các thành phần trong một hệ thống, đặc biệt là khi các thành phần này sử dụng các giao thức khác nhau. Với việc các nghiên cứu trước đây thường đã tập trung vào việc phát triển các giao thức chuyển đổi có hiệu suất cao nhưng vẫn còn các thiếu
sót, hạn chế. Điều này tạo ra thêm các cơ hội cho việc nghiên cứu, phát triển về bộ 1
chuyển đổi giao thức AHB Lite – APB Bus, và cũng là mục tiêu của đề tài này. Đó cũng là lý do chính để người thực hiện quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế và kiểm bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite – APB Bus”. Với việc chuyển đổi giữa hai giao thức này, người thực hiện hy vọng có thể phát triển một bộ chuyển đổi giao thức phù hợp với các yêu cầu hiện nay, góp phần cải thiện hiệu suất, tối ưu tương tác giữa các vi mạch trên cùng một con chip.
1.3 Mục tiêu đề tài
Người thực hiện thực hiện đề tài này thông qua các tài liệu chuyên ngành cũng như kiến thức đã được tích lũy trong quá trình học tập, làm việc để thực hiện thiết kế và kiểm tra đánh giá một bộ chuyển đổi giao thức từ AHB Lite qua APB Bus. Với các yêu cầu cụ thể như sau:
- Thực hiện thiết kế bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite – APB Bus cải thiện sự rõ ràng và toàn vẹn trong quá trình truyền dữ liệu so với thiết kế trước đó[6].
- Thực hiện mô phỏng và đánh giá các chức năng của bộ chuyển đổi.
- Trình bày kết quả và đánh giá bộ chuyển đổi.
1.4 Giới hạn đề tài
Đề tài được đề ra nhằm mục đích phát triển bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite -APB Bus. Về phạm vi nghiên cứu: Việc thực hiện thiết kế và mô phỏng đánh giá sử dụng ngôn ngữ HDL Verilog cùng các tiện ích của công cụ XILINX ISE. Đề tài chỉ tập trung vào việc chuyển đổi giao thức từ AHB qua APB và không đề cập đến các giao thức cũng như ngoại vi khác.
1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Bài báo cáo đề tài được trình bày trong trong 5 chương với các nội dung cụ thể dựa trên mục tiêu đã được đề ra ở mục 1.3 cũng như quá trình nghiên cứu thiết kế và đánh giá bộ chuyển đổi giao thứ AHB-APB. Bố cục của đề tài như sau:
Chương 1: Tổng quan
Trong chương này tui trình bày các nội dung tổng quan của bài báo cáo bao gồm tình hình nghiên cứu liên quan về đề tài, mục tiêu, lý do chọn đề tài, các giới hạn trong nghiên cứu đề tài và bố cục bài báo cáo.
2
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong chương này tui trình bày sơ lược về kiến trúc SoC và AMBA cùng các lý thuyết cơ bản và vai trò của 2 giao thức AHB, APB.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Trong chương này tui trình bày quá trình thiết kế các khối cấu trúc và chi tiết của bộ chuyển đổi giao thức AHB Lite-APB Bus.
Chương 4: Mô phỏng, kiểm tra và đánh giá kết quả
Trong chương 4 tui nêu ra các yếu tố, tiêu chí đánh giá quan trọng của đề tài. Tiếp đó thực hiện mô phỏng, kiểm tra và so sánh kết quả đạt được với các tiêu chí đã nêu cũng như phân tích đánh giá hiệu năng của thiết kế.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Trong chương cuối cùng tui trình bày tổng hợp và nhận xét các giá trị đạt được
từ thiết kế so với mục tiêu đề ra ở mục 1.3. Ngoài ra đưa ra phương hướng phát triển đề tài sau khi đã nới rộng được các giới hạn về thời gian và công nghệ.
3
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC SOC VÀ BỘ GIAO THỨC AMBA
AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) ra mắt vào năm 1996 và được thiết kế bởi công ty sản xuất chip rất nổi tiếng - ARM (Advanced RISH Machines). Hiện tại AMBA đã và đang là một kiến trúc bus được sử dụng rộng rãi trong SoC.
AMBA cung cấp các chuẩn bus giúp các thành phần trên SoC được kết nối và có thể dễ dàng giao tiếp với nhau. Điều này góp phần tăng hiệu năng và tiết kiệm chi phí hệ thống một cách rõ rệt. Hình 2.1 bên dưới minh hoạ các phiên bản và các chuẩn giao thức trong AMBA.
Hình 2.1: Một số c
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links