PCI IP软核设计技术的研究

论文摘要

PCI总线是一种先进的高性能的32/64位地址数据复用局部总线,可同时支持多组外围设备,并且不受处理器的限制,为中央处理器及高速外围设备提供了一座桥梁。 在多媒体时代,PCI总线因为其自身独特的优势,已经成为计算机局部总线的首选。符合PCI总线标准的板卡具有广阔的应用空间,对PCI总线的研究和应用是很有价值的。 本文根据PCI总线规范2.2,设计了一个完整的PCI接口(包括主PCI,从PCI),并且建立了仿真验证平台。PCI IP软核通过了FPGA硬件验证。 论文主要研究工作如下: 1.分析了PCI IP.软核的功能和结构,详细讨论了系统划分,子模块的设计和基于有限状态机的设计方法。 2.讨论了PCI的PVCI接口封装的设计方法,异步FIFO的设计和实现。 3.编写了基于WDM模式的设备驱动程序,使得PCI接口卡能够被PC机识别并顺利运行。 基于Windows平台的应用程序测试了PCI接口卡,证实了系统硬件电路和驱动程序工作正常,数据传输结果正确。 本文的测试结果证明了PCI IP软核是可用的,为继续深入研究打下良好的基础。

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 集成电路技术的发展
• 1.2 SoC设计方法简介
• 1.3 计算机总线概述
• 1.4 课题意义及来源
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究目的
• 1.4.3 课题意义
• 1.5 论文的主要研究内容和章节安排
• 第二章 IP核重用与FPGA
• 2.1 FPGA设计流程
• 2.1.1 FPGA简介
• 2.1.2 基于EDA工具的设计流程
• 2.2 IP核重用技术
• 第三章 PCI IP软核的设计
• 3.1 PCI总线概述
• 3.2 PCI总线协议
• 3.2.1 PCI总线信号
• 3.2.2 PCI总线命令
• 3.2.3 PCI总线的编址空间
• 3.2.3.1 配置地址空间
• 3.2.3.2 I／O地址空间
• 3.2.3.3 内存地址空间
• 3.3 PCI IP软核的系统方案
• 3.3.1 接口的模块划分
• 3.3.2 支持协议的选择
• 3.4 从PCI模块的设计
• 3.4.1 从PCI模块的顶层设计
• 3.4.2 从PCI模块的详细设计
• 3.4.2.1 从PCI状态机的设计
• 3.4.2.2 地址、命令锁存和译码
• 3.4.2.3 配置操作
• 3.5 主PCI模块的设计
• 3.5.1 主PCI模块的顶层设计
• 3.5.2 主PCI模块的详细设计
• 3.5.2.1 主PCI状态机的设计
• 3.5.2.2 一些时间约定的考虑
• 3.5.2.3 主PCI终止进程的方式
• 3.6 DMA引擎的设计
• 3.7 奇偶校验模块的设计
• 3.8 减小功耗的考虑
• 第四章 PCI IP软核的PVCI接口封装
• 4.1 PVCI简介
• 4.2 总线封装电路的系统级设计
• 4.3 总线封装电路的具体设计
• 4.3.1 总线封装电路的设计原则
• 4.3.2 FIFO的实现
• 4.3.2.1 FIFO简介
• 4.3.2.2 异步FIFO设计的关键问题
• 4.3.2.3 FIFO的仿真
• 4.3.3 同步器的设计
• 4.4 PVCI接口封装的验证
• 4.4.1 利用总线功能模型进行验证
• 4.4.2 BFM模型的建立
• 4.4.2.1 PCI主设备BFM模型的建立
• 4.4.2.2 总线监视器
• 4.4.3 验证平台的搭建
• 第五章 PCI IP软核系统测试及驱动程序的开发
• 5.1 PCI接口测试系统的架构
• 5.2 系统板设计及测试
• 5.2.1 PCI总线的电气特性
• 5.2.2 FPGA器件的选择
• 5.3 软件测试平台的选择
• 5.4 设备驱动程序的开发
• 5.4.1 WDM驱动程序简介
• 5.4.2 驱动程序工作原理和过程
• 5.4.3 对配置空间和卡上资源的访问
• 5.4.3.1 配置空间的访问方法
• 5.4.3.2 卡上存储器资源的访问
• 5.4.4 DMA数据传输
• 5.4.4.1 驱动程序中使用DMA的步骤
• 5.4.4.2 运算处理数据的DMA传输过程
• 5.5 驱动程序的调试
• 5.6 驱动程序与上层应用程序的连接
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文