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研究生: 陳俞安
Yu-An Chen
論文名稱: 基於SOPC之P1500驗證平台之軟/硬體整合設計與實現
Hardware/Software Codesign and Implementation of an SOPC-based P1500 Verification Platform
指導教授: 吳乾彌
Chen-Mie Wu
口試委員: 張勝良
Sheng-Lyang Jang
陳省隆
Hsing-Lung Chen
呂政修
Jenq-Shiou Leu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 91
中文關鍵詞: 驗證硬體平台整合
外文關鍵詞: P1500
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本論文是有關SOPC-based P1500驗證平台之軟/硬體整合設計與實現,相關研究工作分為以下四大部分:
第一部分為探討IEEE 1149.1與IEEE P1500標準之內容與架構,並在分析TAP與P1500包裝核心之設計架構後,發展出一個P1500驗證平台。
第二部分為設計出記憶體電路與循序邏輯電路等不同功能的核心,以驗證P1500標準可套用在各種類型核心的特性。
第三部分為設計與實現P1500驗證平台之硬體,其中包含了核心鏈選擇指令暫存器、TAP控制器以及核心測試模組中各個不同類型的P1500包裝核心之電路設計,並將以上硬體用SOPC的方式來整合,最後以Altera FPGA開發板實現。
第四部分為使用NIOS II IDE來完成P1500驗證平台之軟/硬體整合設計與實現,其中包含開發相關軟韌體程式、分析電路測試的結果與驗證P1500平台之功能。
整體而言,本論文係以研究P1500驗證平台為目標,並以Altera FPGA開發板實現之。


This thesis is related to the hardware/software codesign and implementation of an SOPC-based P1500 verification platform. The related research work includes the following four parts:
The first part is to study the contents and architectures of IEEE 1149.1 and IEEE P1500 standards. After analyzing the architectures of TAP and P1500 wrapper, a P1500 verification platform is developed.
The second part is to design the cores of different types and features such as RAM and sequential circuits to verify that P1500 standard can be applied to various types of cores.
The third part is to design and implement the hardware of a P1500 verification platform which includes registers for selecting a core chain, a TAP controller and various types of cores surrounded by P1500 wrappers. The hardware mentioned above has been integrated by using the SOPC-based technology and implemented on a development board of Altera FPGA.
The fourth part is related to the hardware/software codesign and implementation of the P1500 verification platform by using the NIOS II IDE. The research includes developing the NIOS II firmware to control the platform, analyzing the testing results from the circuits and verifying the function of the P1500 platform.
On the whole, the goal of this thesis is to do the research on the P1500 verification platform and finally implement it on the Altera FPGA development board.

摘要 IV Abstract V 謝誌 VI 第 1 章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究內容相關架構 2 1.3 論文組織及概觀 3 第 2 章 SOPC-based P1500驗證平台發展環境 4 2.1 SOPC-based 軟/硬體整合設計簡介 4 2.2 Altera SOPC-based 軟體開發環境 6 2.2.1 NIOS II IDE 簡介 6 2.3 Altera SOPC-based 硬體開發環境 7 2.3.1 NIOS II 嵌入式系統 7 2.3.1.1 NIOS II 處理器 8 2.3.1.2 Avalon Bus匯流排 9 2.3.2 Quatus II 發展系統 11 2.3.2.1 Quatus II IDE簡介 11 2.3.2.2 SOPC Builder簡介 12 2.3.2.3 ModelSim IDE簡介 13 2.3.3 Altera Stratix II FPGA 開發板 14 2.4 SOPC-based P1500驗證平台開發流程與驗證架構 15 2.4.1 SOPC-based P1500驗證平台硬體開發流程 15 2.4.2 SOPC-based P1500驗證平台軟體開發流程與驗證架構 17 第 3 章 SOPC-based P1500驗證平台之架構設計 18 3.1 IC測試架構介紹 18 3.2 SOPC-based P1500驗證平台架構簡介 20 3.3 TAP (Test Access Port) 21 3.4 TAP控制器 22 3.5 IEEE P1500簡介 24 3.6 包裝核心元件說明 25 3.6.1 包裝介面埠(Wrapper Interface Ports, WIP) 26 3.6.1.1 包裝串列埠(Wrapper Serial Ports, WSP) 27 3.6.1.2 包裝並列埠(Wrapper Parallel Ports, WPP) 28 3.6.2 包裝指令暫存器(Wrapper Instruction Register, WIR) 29 3.6.3 包裝旁通暫存器(Wrapper Bypass Register, WBY) 30 3.6.4 包裝邊界暫存器(Wrapper Boundary Register, WBR) 30 3.6.5 測試存取方法(Test Access Method, TAM) 31 3.6.6 包裝核心指令 32 3.7 內建自我測試電路(Built-in Self Test, BIST) 33 3.7.1 BIST架構簡介 33 3.7.2 SRAM之測試 34 3.7.2.1 SRAM故障模型 34 3.7.2.2 行進式演算法(March Algorithm) 35 3.7.3 循序電路之測試 36 3.7.3.1 循序電路故障模型 36 第 4 章 SOPC-based P1500驗證平台之實現 37 4.1 SOPC-based P1500驗證平台之硬體實現 37 4.2 TAP介面 39 4.3 TAP控制器之實現 40 4.4 核心鏈選擇指令暫存器 43 4.5 基於IEEE P1500的包裝核心之設計與實現 45 4.5.1 WSI與WSO之實現 46 4.5.2 WIR之實現 46 4.5.3 WBR之實現 49 4.5.4 WPP與TAM之實現 51 4.6 核心功能之設計與實現 52 4.6.1 核心1功能設計與BIST之實現 53 4.6.2 核心2功能設計與BIST之實現 55 4.6.3 核心3功能設計與BIST之實現 58 4.7 SOPC-based P1500驗證平台之韌體實現 62 4.7.1 SOPC-based P1500驗證平台操作流程說明 62 4.7.2 SOPC-based P1500驗證平台副函式說明 65 4.7.2.1 TAP控制器狀態設定副函式 65 4.7.2.2 WSI載入副函式 66 4.7.2.3 資料傳送副函式 67 4.7.2.4 韌體資料輸入範例 69 第 5 章 SOPC-based P1500驗證平台之功能驗證 70 5.1 驗證與測試環境簡介 70 5.2 驗證與測試流程 70 5.3 SOPC-based P1500驗證平台之結果驗證 72 第 6 章 結論 74 參考文獻 75

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