X-DSP串行接口部件的设计与实现

论文摘要

随着嵌入式应用的发展,串行接口已成为各种新型的DSP芯片必不可少的片上外设部件,是DSP与片外串行设备进行数据通信的重要接口。串行接口信号少,能有效减少器件的引脚数目,消费硬件资源少,特别适合DSP的各类嵌入式应用。因此研究和设计多功能、高性能、低功耗、可编程的灵活串行接口部件是DSP研制中非常重要的课题。本课题采用0.25μm/2.5v工艺,采用全定制的方法,设计实现了一款片上多通道串行接口部件,并对其进行了全面的系统级验证和分析。本课题研究的主要内容和成果包括以下几个方面:1.对串行接口部件的设计原理、方法及串行接口技术进行了深入的分析与研究,并根据X-DSP处理器的总体设计要求,确定了其串行接口部件的总体结构;2.设计实现了3个片上串行接口部件,对其中的关键技术进行了详细的分析,在模块级验证的基础上,进行了全芯片系统环境下的功能模拟验证;3.完成了版图的设计与验证。所设计的串行接口部件的版图总面积为616*1410μm2,经版图验证,该串行接口最大工作频率为一半CPU时钟频率,传输速率可达6.25Mbyte/s,达到了较小的面积和较快的串行传输速率。X-DSP处理器已经投片成功,完全满足了设计要求,也证明了作为其重要片上外设——串行接口部件的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 课题研究的主要内容和成果
• 1.3 文章的组织结构
• 第二章 DSP串口概述
• 2.1 串口通信原理
• 2.2 DSP片上串口的发展趋势
• 2.2.1 标准串口
• 2.2.2 缓冲串口
• 2.2.3 时分复用串口
• 2.2.4 多通道缓冲串口
• 2.3 与DSP串口通信的其他串行设备
• 2.4 本章小结
• 第三章 X-DSP串行接口部件的总体结构设计
• 3.1 X-DSP总体结构概述
• 3.2 X-DSP串行接口部件的总体设计方案
• 3.2.1 总体结构
• 3.2.2 工作流程
• 3.2.3 接口定义
• 3.2.4 寄存器定义与寻址方式
• 3.3 X-DSP串行接口部件的功能模块划分
• 3.4 本章小结
• 第四章 X-DSP串行接口部件基本功能模块设计
• 4.1 发送器模块设计
• 4.1.1 发送器数据通路设计
• 4.1.2 发送器控制通路设计
• 4.1.3 发送帧长控制
• 4.1.4 发送字长控制
• 4.2 接收器模块设计
• 4.2.1 接收器数据通路设计
• 4.2.2 接收器控制通路设计
• 4.2.3 数据延迟控制逻辑
• 4.2.4 RJUST模块设计
• 4.3 时钟和帧同步信号的产生
• 4.3.1 时钟和帧同步信号的产生控制电路
• 4.3.2 采样率产生器设计
• 4.4 中断和事件信号产生
• 4.4.1 中断信号产生电路
• 4.4.2 事件信号产生电路
• 4.5 异步信号的同步化处理
• 4.6 本章小结
• 第五章 X-DSP串行接口部件扩展功能模块设计
• 5.1 时钟停止模式模块设计
• 5.1.1 SPI协议
• 5.1.2 四种时钟停止模式
• 5.1.3 时钟停止模式电路设计
• 5.2 压缩扩展模块设计
• 5.2.1 μ律压缩扩展算法
• 5.2.2 A律压缩扩展算法
• 5.2.3 压缩模块设计
• 5.2.4 扩展模块设计
• 5.3 多通道控制逻辑设计
• 5.3.1 接收多通道模块逻辑设计
• 5.3.2 发送多通道模块逻辑设计
• 5.4 A-bis模式模块设计
• 5.4.1 A-bis接收模块设计
• 5.4.2 A-bis发送模块设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 版图设计
• 6.1 版图设计流程
• 6.2 布局规划
• 6.3 单元版图设计
• 6.4 全局版图设计
• 6.5 规则检查
• 6.6 参数提取
• 6.7 本章小结
• 第七章 功能验证
• 7.1 验证方案
• 7.2 串行接口部件的系统级验证
• 7.2.1 DLB通路的验证
• 7.2.2 串口间的数据传输功能验证
• 7.2.3 时钟停止模式验证
• 7.2.4 多通道传输方式验证
• 7.2.5 A-bis传输方式验证
• 7.2.6 串口bootloader引导验证
• 7.3 本章小结
• 第八章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录 串口控制寄存器功能说明