高性能DSP中UTOPIA部件的设计与实现

论文摘要

ATM(Asynchronous Time Division Multiplexing)技术是一种快速的数据分组交换技术,允许通信系统中的发送时钟和接收时钟可以异步方式工作,是一种基于信元的交换;它传输速度快,可以提供高速的端口速率。如何设计和实现一个正确、高效同时又满足异步数据传输是一个值得研究的问题。本文基于高性能DSP X,设计实现了它的接口部件——从UTOPIA(Universal Test & Operations PHY Interface for ATM)。首先描述了UTOPIA部件的协议、接口层特性以及接口多种配置形式。对UTOPIA部件的体系结构进行了研究,划分功能模块以及分析接口内部信号约定,并对接口内部模块进行设计。主要研究UTOPIA部件的物理层与ATM层如何通过接口传输数据,并对UTOPIA部件形式和时序进行了分析研究,设计发送、接收外部接口。论文给出了物理层设备读写请求模块、ATM层读写请求模块、内部控制模块、异常处理模块等接口主要模块的详细设计。为使接口传输速率达到最佳,分析设计了FIFO空间的大小,并阐述设备如何与FIFO之间的数据通信。研究当前主要验证方法,针对UTOPIA部件数据传输的特点,对UTOPIA部件数据传输的各种形式做了验证。最后,对UTOPIA部件进行了逻辑综合,使其在SMIC 0.13 um工艺下满足接口内部工作频率最快为300MHz,外部工作频率最快达50MHz的要求。另外,不仅可以用于高性能DSP X,还可以作为系统设计应用到异步传输网络中,或者作为独立的模块使用,所以本课题的设计成果具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容、目的及意义
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 UTOPIA 部件协议、接口层特性及接口分析
• 2.1 UTOPIA 部件协议
• 2.1.1 ATM 协议简介
• 2.1.2 ATM 信元头简介
• 2.2 UTOPIA 部件物理层特性
• 2.2.1 PMD 层的功能
• 2.2.2 TC 层的功能
• 2.3 UTOPIA 部件ATM 层特性
• 2.4 UTOPIA 部件分析
• 2.4.1 UTOPIA 的接口形式
• 2.4.2 UTOPIA 部件的参考模式及配置
• 2.5 本章小结
• 第三章 UTOPIA 部件的总体结构
• 3.1 高性能DSP X 的总体框架
• 3.2 UTOPIA 部件总体结构
• 3.3 UTOPIA 部件内部模块设计
• 3.4 UTOPIA 部件与内部模块接口信号约定
• 3.5 本章小结
• 第四章 UTOPIA 部件时序分析
• 4.1 UTOPIA 中的操作与时序
• 4.1.1 发送接口
• 4.1.2 接收接口
• 4.2 内部EDMA、CPU 读写UTOPIA 部件时序分析
• 4.2.1 EDMA 读UTOPIA 部件时序分析
• 4.2.2 EDMA 写UTOPIA 部件时序分析
• 4.2.3 CPU 读UTOPIA 部件时序分析
• 4.2.4 CPU 写UTOPIA 部件时序分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 UTOPIA 部件主要模块的具体设计和实现
• 5.1 EDMA、CPU 的读写请求模块
• 5.1.1 EDMA 读写请求模块的设计
• 5.1.2 CPU 读写请求模块的设计
• 5.2 UTOPIA 部件与外主控制控设备接口模块设计
• 5.2.1 ATM 层设备读请求缓冲器
• 5.2.2 ATM 层设备写请求缓冲器
• 5.3 数据FIFO 模块的设计
• 5.4 跨时钟的异步指针比较
• 5.4.1 亚稳态问题
• 5.4.2 同步器
• 5.5 接口内部控制模块的设计
• 5.6 异常处理模块的设计
• 5.7 本章小结
• 第六章 UTOPIA 部件的验证及综合优化
• 6.1 模拟验证
• 6.1.1 验证常用方法方法及验证策略
• 6.2 模拟验证与测试码的开发
• 6.2.1 UTOPIA 部件测试平台的建立
• 6.2.2 UTOPIA 部件基本测试
• 6.2.3 EDMA、CPU 向外部ATM 主控器发送数据的测试
• 6.2.4 外部ATM 主控器向EDMA、CPU 发送数据的测试
• 6.2.5 验证结果分析
• 6.3 UTOPIA 部件的综合
• 6.3.1 综合的方法及综合策略
• 6.3.2 综合的过程及结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结及工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果