北斗二号RNSS基带处理芯片接口设计与验证

论文摘要

随着北斗导航系统建设的不断发展,北斗卫星导航系统必将会得到越来越广泛的应用,从而产生巨大的社会和经济效益。本论文源于项目“北斗二号RNSS用户设备半导体集成电路设计”。本论文的目的是为此卫星通讯及导航芯片设计一套可靠的接口模块,主要进行Ⅰ~2C接口、UART接口和SPI接口,这三个软IP内核的设计及验证,并对深亚微米级芯片的设计验证方法进行探索和尝试。芯片采用自顶向下(“Top—Down”)的设计方法和自底向上(“Botom—up”)的验证方法。根据北斗二号用户设备的需求及各种总线协议规范,首先对芯片结构和接口进行规划,拟定开发流程。采用离散逻辑与有限状态机结合的方法,用VerilogHDL语言对各个软IP内核进行了RTL级的描述。编写测试平台,用MENTOR公司的ModelsimsE6.2b仿真软件,对各个IP软核进行了较完整的仿真验证,保证接口的基本功能正确。最后应用QuartusⅡEDA集成开发工具对程序进行综合、布局布线、配置和下载。在CCS3.3环境下,编写各接口软件服务程序,在搭建好的FPGA验证系统上验证各个接口。经验证各个IP核运行正常,各项功能达到了设计要求。本论文工作可加快后续芯片设计速度、提高可靠性,有利于推动我国卫星导航的产业化、用户设备的小型化,具有重要的理论价值和实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景、现状及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 现状及意义
• 1.2 本文的主要工作及章节安排
• 第二章 设计方案
• 2.1 基带芯片设计流程
• 2.2 基带芯片结构
• 2.3 验证系统构成
• 2.4 本章小结
• 第三章 相关协议分析
• 2C 协议'>3.1 Ⅰ²C 协议
• 2C 总线总体特征'>3.1.1 Ⅰ²C 总线总体特征
• 2C 总线的基本概念'>3.1.2 Ⅰ²C 总线的基本概念
• 2C 总线位传输'>3.1.3 Ⅰ²C 总线位传输
• 2C 总线传输数据'>3.1.4 Ⅰ²C 总线传输数据
• 2C 总线传输时序'>3.1.5 Ⅰ²C 总线传输时序
• 2C 总线传送模式'>3.1.6 Ⅰ²C 总线传送模式
• 3.2 UART 协议
• 3.2.1 UART 总线信号线
• 3.2.2 数据格式
• 3.2.3 错误校验
• 3.2.4 传输速率与传输距离
• 3.3 SPI 协议
• 3.3.1 SPI 总线信号线
• 3.3.2 SPI 总线工作模式
• 3.3.3 SPI 总线四种传输方式
• 3.3.4 SPI 总线特殊性质
• 3.4 本章小结
• 第四章 IP 核设计
• 4.1 整体设计思路
• 4.2 并行总线转换设计
• 2C 设计'>4.3 Ⅰ²C 设计
• 2C_master 模块端口规划'>4.3.1 Ⅰ²C_master 模块端口规划
• 2C_master 模块寄存器描述'>4.3.2 Ⅰ²C_master 模块寄存器描述
• 2C_master 程序设计'>4.3.3 Ⅰ²C_master 程序设计
• 4.4 UART 设计
• 4.4.1 UART IP 核端口规划
• 4.4.2 UART 模块寄存器描述
• 4.4.3 UART 接口功能模块划分
• 4.4.4 通用FIFO 设计
• 4.4.5 控制模块设计
• 4.5 SPI 设计
• 4.5.1 SPI 模块端口规划
• 4.5.2 SPI 模块寄存器描述
• 4.5.3 SPI 程序设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 IP 核验证
• 5.1 仿真验证方法
• 5.2 仿真流程及结果
• 5.2.1 12C 仿真流程及结果
• 5.2.2 UART 仿真流程及结果
• 5.2.3 SPI 仿真流程及结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 FPGA 验证
• 6.1 FPGA 验证的必要性
• 6.2 FPGA 综合
• 6.3 软件设计
• 6.4 FPGA 验证结果
• 6.5 本章小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献