簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 詹勝翔
Sheng-Hsiang Chan
論文名稱: AMBA 2.0 相容之匯流排控制器智財設計與驗證
The Design and Verification of Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) 2.0
指導教授: 林銘波
Min-Bo Lin
口試委員: 陳郁堂
Yie-Tarng Chen
詹景裕
none
白英文
none
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 匯流排
外文關鍵詞: ARM AMBA
相關次數: 點閱:160下載:4
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

隨著消費性電子產品市場擴大,成本與效能成為產品設計的一大重點,因此系統晶片(System on Chip, SoC)也已成為目前趨勢。在本論文中,我們使用自行設計之微處理器、匯流排控制器以及其他常見周邊,整合為一套可快速開發應用之發展平台。
設計中包括相容於ARM V4指令集之微處理器,並以相容於AMBA 2.0匯流排標準控制器將常用周邊整合為一嵌入式系統發展平台。周邊則包括記憶體介面、中斷控制器、提供4組通道之DMA控制器、支援32個可規劃輸出入埠(General Purpose Input Output, GPIO)、標準UART、4組PWM通道以及32位元計時器等。
AMBA System已分別在Xilinx的Spartan-3X C3S1500-4FG676 FPGA以及TSMC 0.35 μm元件庫上實現。FPGA設計部份,共消耗15272個LUTs,最高操作頻頻率可達16 MHz,並於實驗板上搭配自行設計之整合環境以驗證所有測試程式以及週邊功能。元件庫方面,核心面積為4704 μm × 4368 μm,等效閘數(gate count)為94131閘,整體晶片面積為5434 μm × 5434 μm,SS模式下操作頻率為33.33 MHz,平均消耗功率為179 mW~191 mW。


With the growing of the comsumer market, cost and performance are the two important factors to the success of products. One way to achieve this is to build an entire system on a silicon chip, known as system-on-a-chip (SoC). In order to provide a flexible platform for designing various applications in a short time, in this thesis we propose a platform, which includes the ARM v4 ISA compatible microprocessor IP, an AMBA bus controller and most widely used perpherials, such as the memory interface, an interrupt controller, a DMA controller, 32 GPIO ports, a UART controller, a programmable PWM controller, and a 32-bit timer.
The resulting AMBA System has been implemented and verified with Xilinx Spartan-3 XC3S1500-4FG676 FPGA and TSMC 0.35 μm cell library, respectively. In the FPGA part, it takes 15272 LUTs and operates at the maximum working frequency of 16 MHz. Furthermore, all of the testing programs and perephiral functions are run successfully in FPGA development board. In the cell-based part, the core occupies 4704 μm x 4368 μm, which is approximately equivalent to 94131 gates, and whole chip occupies 5434 μm × 5434 μm. AMBA System consumes about 179 mW~191 mW in the SS (Slow NMOS Slow PMOS model) simulation condition at the maximum working frequency of 33 MHz.

第1章 緒論1 1.1研究動機1 1.2章節編排1 第2章 AMBA系統架構介紹3 2.1.AMBA 系統介紹3 2.2.AHB 系統介紹5 2.2.1AHB基本介紹6 2.2.2AHB匯流排仲裁機制6 2.2.3AHB匯流排傳輸7 2.2.4AHB匯流排從裝置回應介紹10 2.2.5特殊功能以及其他介紹11 2.3.APB 系統介紹13 第3章 AMBA硬體架構設計18 3.1AMBA系統架構設計18 3.2AHB系統架構設計18 3.2.1.AHB仲裁器設計19 3.2.1.1.仲裁控制模組(Grant Block)20 3.2.1.2.鎖定傳輸模組(Lock Block)21 3.2.1.3.分割功能模組(Split Block)22 3.2.1.4.匯流排監控模組(Burst Block)23 3.2.2.AHB解碼器設計25 3.2.3.AHB預設主裝置與預設從裝置設計26 3.3APB系統架構設計27 3.3.1.AHB-APB橋接器設計27 第4章 PROTO-ARM9M介紹30 4.1.程式者模型(PROGRAMMER’S MODEL)30 4.2.指令集架構(INSTRUCTION SET ARCHITECTURE)35 4.3.PROTO-ARM9M資料路徑38 4.4.時序說明40 4.5.控制方法41 第5章 周邊智財介紹42 5.1.周邊裝置架構42 5.2.AHB周邊裝置43 5.2.1.記憶體控制介面43 5.2.2.中斷控制器44 5.2.3.DMA控制器46 5.3.APB周邊裝置51 5.3.1.GPIO (General Purpose Input Output) 控制器51 5.3.2.PWM (Pulse Width Modulator) 控制器53 5.3.3.UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) 控制器58 5.3.4.計時器(Timer)60 第6章 FPGA雛型驗證與結果分析61 6.1.FPGA設計實現驗證流程61 6.2.FPGA設計實現驗證環境62 6.3.FPGA驗證操作與測試程式流程63 6.4.FPGA驗證結果64 第7章 元件庫的實現與效能分析66 7.1.元件庫設計實現與驗證流程66 7.2.合成66 7.3.DFT合成與ATPG結果分析68 7.4.自動化佈局69 第8章 結論72 參考文獻73

[一]http://www.arm.com
[二]Samir Palnitkar, Verilog HDL, 2nd ed., Prentice Hall, 2003
[三]David A. Patterson and John L. Hennessy, Computer Organization & Desgin, 2nd ed., Morgan Jaufmann, 1998
[四]J. L. Hennessy and D. A. Patterson, Computer Architecture: A Quantitative Approach, 2nd ed., Morgan Kaufmann, 2003
[五]Steve Furber, ARM System-on-Chip Architecture, Addison-Wesley, 2000
[六]Andrew N.Sloss, Dominic Symes and Chris Wright, ARM System Developer’s Guide, Morgan Kaufmann, 2004.
[七]ARM Architecture Reference Manual, ARM Ltd, 2000
[八]ARM9TDMI Technical Reference Manual, ARM Ltd, 2000
[九]AMBA Specification (Rev 2.0), ARM Ltd, 1999
[十]林晉禾, ARM v4指令集架構相容之微處裡器智財設計與驗證,國立台灣科技大學電子工程系碩士論文, 2005。
[十一]張育賓,ARM9DMI微處理器智財設計與驗證,國立台灣科技大學電子工程系碩士論文, 2006。

QR CODE