【正文】 _ABUS OPB_BEBIF_DBUS BIF_xferAckBIF_errAck BIF_toutSupBIF_retryBUSIFOPB_RST OPB_CLKOPB_DBUS EXCHANGEMEMORYrd_addrREGISTESrd_sizerd_reqwr_sizewr_data wr_addrrd_data rd_ack wr_ackrd_addr2wr_addr2wr_data rd_req2 rd_data2 wr_req2 wr_reqOPB BUS 接口信號(hào)1　 全局的信號(hào)， OPB_Clk 時(shí)鐘用來(lái)驅(qū)動(dòng) 模塊OPB_Rst rst 用來(lái)復(fù)位模塊2　 BUSIF 和 OPB 的接口：見(jiàn)第二章表格 2，表格 3 用 BUSIF 替代 Sln3　 BUSIF 和 register 的接口：信號(hào)名稱 輸入/輸出 寬度 描述wr_req2 輸出 1bit 寫(xiě)要求wr_addr2 輸出 [10:2] 寫(xiě)地址wr_data2 輸出 [31:0] 寫(xiě)入數(shù)據(jù)BE 輸出 [3:0] 數(shù)據(jù)寬度rd_req2 輸出 1bit 讀要求rd_addr2 輸出 [10:2] 讀地址rd_data2 輸入 [31:0] 讀出數(shù)據(jù) 4　 BUSIF 和 ITOM_BUS 去讀寫(xiě)雙口 Exchange Memory 的接口：信號(hào)名稱 輸入/輸出 寬度 描述wr_req 輸出 1bit 寫(xiě)要求，wr_size 輸出 [1:0] 寫(xiě)入數(shù)據(jù)寬度wr_addr 輸出 [15:0] 寫(xiě)地址wr_data 輸出 [31:0] 寫(xiě)入數(shù)據(jù)wr_ack 輸入 1bit 寫(xiě)應(yīng)答rd_req 輸出 1bit 讀要求rd_size 輸出 [1:0] 讀出數(shù)據(jù)寬度rd_addr 輸出 [15:0] 讀地址rd_data 輸入 [31:0] 讀出數(shù)據(jù)rd_ack 輸入 1bit 讀應(yīng)答 具體實(shí)現(xiàn)：Bus Interface 作為一個(gè) OPB 的 peripheral，具體有三個(gè)部分組成1．地址譯碼確定被選中：pselect 模塊2．Slave Interface Logic：譯碼完成和 opb 的握手。3．具體的應(yīng)用邏輯設(shè)計(jì)：本文中根據(jù) 尋址范圍的不同， 選擇 和 EM 或者 REGISTER 的通信注意：OPB Bus 的地址 MSB（Most Significant Bit）表示了第 0 位，LSB（Least Significant Bit）表示了地址的最高位（這里是第 31bit）；在數(shù)據(jù)的傳遞過(guò)程中要注意地址的統(tǒng)一。 選中 BUS IF： 模塊 純組合電路地址的高 16 位全 1 確定選中。類屬信號(hào)類屬名 類型 寬度 描述C_AB Integer 地址譯碼的位數(shù)C_AW Integer 輸入地址寬度C_BAR std_logic_vector 32 Slave 的基礎(chǔ)地址（Base Address）I/O 信號(hào)信號(hào)名稱 輸入/輸出 寬度 描述A 輸入 [0:C_AW1] 輸入地址Avalid 輸入 1bit 地址有效PS 輸出 1bit 選中 選中后給出的是電平信號(hào)， 轉(zhuǎn)換成脈沖 根據(jù)地址判斷是選中了 EM 還是 REGISTER， 由于 FPGA 的板上的尋址空間是統(tǒng)一編址根據(jù)地址的范圍來(lái)確定選中的是那個(gè)部分，64KB 的尋址空間 0－ 2k 分配給了 REGISTERS， 余下的 62k 留給了EXCHANGEMEMORY。所以反映到 address 就是 11－15 全零對(duì)應(yīng)于 REGISTERS，其余對(duì)應(yīng)EM。 Slave Address Decoder 是下一級(jí)的譯碼， 所以實(shí)現(xiàn)的時(shí)候可以采用二級(jí)譯碼， 僅當(dāng)一級(jí)譯碼有效的時(shí)候， 即 bus if 被選中的時(shí)候才進(jìn) 行譯碼。3. 譯碼電 路一般是用組合的方式實(shí)現(xiàn)的， 但是具體映射到電路時(shí)， 還是會(huì)有一定的時(shí)延要求， 所以采用同時(shí)進(jìn)行兩 級(jí)的譯碼， 時(shí)間上有富余， 一定能保證功能正確。即：EM 或者Register 的地址判斷和 pselect 譯碼同時(shí)進(jìn)行， 當(dāng)且僅當(dāng)兩者同時(shí)有效的時(shí)候才會(huì)選中 EM 或者 REG。 狀態(tài)機(jī) 有固定的時(shí)序要求， 用狀態(tài)機(jī)一方面能清晰的描繪工作過(guò)程， 方便時(shí)序的追蹤和修改， 另一方面以類似 EM 的描述方式， 便于和 EM 部分的 協(xié)同工作。2. 因?yàn)?沒(méi)有來(lái)自 reg 的 ack 信號(hào)，插入了 data_ready 和 ack_ready 兩個(gè)狀態(tài)， 使脈沖在需要的時(shí)刻出現(xiàn)。加入或者刪減狀 態(tài)數(shù)目，能 滿足不同的時(shí)序要求， 這個(gè)也是用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的靈活性所在。3. 參考 EM 的狀態(tài)機(jī)。 狀態(tài)機(jī) 提供了 ack 信號(hào)，所以只需要常規(guī)的狀態(tài)機(jī) idle read write 。Ack 作為可以促使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換的變量，不但完成了 handshake， 還幫助減少了狀態(tài)數(shù)量， 節(jié)省了寄存器的使用量。 EM 的時(shí)序不定， 決定于 ack 的應(yīng)答信號(hào)， 所以需要考慮到出錯(cuò)情況――沒(méi)有 ack 信號(hào)。同時(shí) OPB 中有一個(gè) 規(guī)定，若是一次數(shù)據(jù)傳輸在 16 個(gè) clk 內(nèi)沒(méi)有應(yīng)答， 則時(shí)間溢出，該次數(shù)據(jù)交換失敗。但是為了滿足更長(zhǎng)時(shí)間 的數(shù)據(jù)交換需要，有一個(gè)信號(hào)Sln_ToutSup, 當(dāng)它有效時(shí)，沒(méi)有 16 個(gè) clk 的限制。Counter128 就是 這樣的一個(gè) 計(jì)數(shù)器， 當(dāng) bus if 被選中的就開(kāi)始計(jì)數(shù)，同時(shí)將Sln_ToutSup 置高，有效。 如果在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到溢出時(shí)， 還沒(méi)有 ack 信號(hào)， 則宣告這次數(shù)據(jù)交換失敗，將Sln_ToutSup 拉低，狀態(tài)機(jī)回到 idle。整個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)作。3．EM 狀態(tài)圖w r i t ei d l er e a d NOT(block_seltm=’1) block_seltm=39。1 amp。prnwg39。 rd_ack=’1 or ounter28(timeut) NOT (rd_ack=’1) amp。ounte287 NOT (wr_ack=’1) amp。 ounte287 wr_ack=’1 or oune28(timeut) wr_ack=’1 or oune28(timeut)X Simulation 仿真結(jié) 果：Register=OPB_ClkOPB_ABusOPB_BEOPB_DBusOPB_RNWOPB_selectBIF_DBusBIF_xferAckrd_data2rd_req2rd_addr2wr_data2wr_req2wr_addr2BE=ns350 400 450 500 550 600 650 700 750FFC00008 00000000 FFC00010 00000000 FFC01100F 0 3 0 F00000000 00008877 00000000UUUUUUUU 57439876 0000000000000000 57439876000 002 004 04000000000 00008877 00000000000 002 004 0400 F 3 F00000000register 的讀寫(xiě)外部需要被寫(xiě)入的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后一個(gè) clk，送出 rd_req2 到 register，同時(shí)也把寫(xiě)入的地址給出，兩個(gè) clk 后數(shù)據(jù)被 busif 送出給 MicroBlaze，同時(shí)給出 ack，標(biāo) 志一次數(shù)據(jù)傳輸完成。讀類似。ExchangeMemory=OPB_ClkOPB_RstOPB_ABusOPB_BEOPB_DBusOPB_RNWOPB_selectBIF_DBusBIF_toutSupBIF_xferAckrd_ackrd_datard_reqrd_sizerd_addrwr_ackwr_reqwr_addrwr_datawr_size=ns1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950FFC01010 00000000 FFC01001 000000003 0 4 00000567800000000000000002 1 0 11100 1010 1001 10001100 1010 1001 100000000000 000056782 1 0 1FFC01000C00000000000000000000000000000000EM 的讀寫(xiě)：BUSIF 給 EM 送出 wr_req 的同時(shí)送出地址和數(shù)據(jù)，在一個(gè)周期后立起 ToutSup（不受 OPB 的 16個(gè) clk 的限制，使數(shù)據(jù) 傳輸能順利完成，當(dāng)然同 時(shí)自身有計(jì)數(shù)器保證時(shí)間不溢出），等待來(lái)自 EM的 ACK，一個(gè)周期后給出 ack 到 MicroBlaze 標(biāo)志一次數(shù)據(jù)寫(xiě)入完成，同時(shí)清楚 ToutSup。讀類似?？偨Y(jié)和展望隨著 Embedded System 的深入發(fā)展， SOC 時(shí)代的到來(lái)，IP Reuse 的使用一方面簡(jiǎn)化了 SOC 復(fù)雜系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)， 縮短了設(shè)計(jì)周期，另一方面由于其與常 規(guī)的集成電路的設(shè)計(jì)方法的不同， 設(shè)計(jì)和重用需要綜合考慮多種因素。 芯片設(shè)計(jì)作為一個(gè) SOC 的實(shí)例，充分體 現(xiàn)了 IP 核的使用決不是這些 IP 核的 簡(jiǎn)單堆砌，使用 過(guò)程中不僅僅要考慮它們的功能，更要使它們?nèi)谌胄酒：昴K的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化需要我們?cè)诔浞至私飧鱾€(gè)部分的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出功能完善的接口，成功實(shí)現(xiàn)外設(shè)通 過(guò)數(shù)據(jù)和地址總線和微處理器連接。大量信息快速共享的要求可以通過(guò)公共存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)。公共存儲(chǔ)模塊用來(lái)存儲(chǔ)各個(gè)接口模塊訪問(wèn)的數(shù)據(jù)， 是完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的核心部件， 同時(shí)平臺(tái)上的FPGA 芯片設(shè)計(jì)中還必須 充分考慮對(duì)于公共存儲(chǔ)部分訪問(wèn)的競(jìng)爭(zhēng)解決問(wèn)題。REFERENCES參考資料1. MicroBlaze? Hardware Reference Guide2. Designing Custom OPB Slave Peripherals for MicroBlaze3. OnChip Peripheral Bus Architecture Specifications Version 4. MicroBlaze Development Kit Tutorial5. Getting Started with the MDK6. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications7. 用VHDL 設(shè)計(jì)電子線路 邊計(jì)年 清華大學(xué)出版社 張為民《數(shù)據(jù)采集與處理》 12卷第一期 p56 張可馨《電訊技術(shù)》 p2729 在DSP人機(jī)接口中的 應(yīng)用 吳 曉峰， 楊旭雷，張浩《微型機(jī)與應(yīng)用》 p2425 容向軍《電子技術(shù)應(yīng)用》 p1011 II接口數(shù)據(jù)傳輸通道的FPGA實(shí)現(xiàn)王榮健 《電子產(chǎn)品世界》 p39ACKNOWLEDGEMENT致 謝 首先感謝楊蓮興導(dǎo)師。自從去年加入了該項(xiàng)目組，楊老師所表現(xiàn)出來(lái)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，對(duì)工作的一絲不茍，兢兢業(yè)業(yè)的精神深深地感染了我，給我樹(shù) 立起了一位優(yōu)秀的科研工作者的榜樣。當(dāng)然，我也要感謝指導(dǎo)我的師兄沈力為和趙勇。他們引導(dǎo)我如何去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并正確的解決問(wèn)題，使我不僅鞏固了自己的專業(yè)知識(shí)， 擴(kuò)寬了視野，還幫助我樹(shù)立起了正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，保 證了畢設(shè)的順利進(jìn)行。同時(shí)，我也要感謝同項(xiàng)目組的其他同學(xué)：何津津、談熙、陳奇和劉瑞金，大家的 討論給了我很大的啟迪。前一年認(rèn)識(shí)的幾位師兄， 雖然后來(lái)你們到了別的項(xiàng)目組， 一樣還是感謝你們一開(kāi)始對(duì)我的入門(mén)教育把：何波，李曉非，張振勇，王照 剛， 蘇佳寧……等等。還有同單元的同學(xué)：張達(dá)文、沈嘉玲、郭慧、劉竹媛、申暢、丁欣盈、賴艷。好友于亮和何蔚，在我遇到挫折時(shí)，鼓勵(lì)我，支持我，幫我排憂解難，樹(shù)立信心，重新振作，在這里我也要向他們表示由衷地感謝。還有很多很多其他的朋友， 我在這兒就不一一寫(xiě)出他們的名字了。謝謝他們一直以來(lái)陪伴著我走過(guò)艱辛，分享快樂(lè)！最后，我也要感謝我的父母和我四年的同學(xué)和師長(zhǎng)，他們默默的關(guān)心和幫助是成功