面向DDC应用的嵌入式SoC设计

论文摘要

当前软件无线电技术在无线通信系统中广泛的应用,使更多的无线通信设备能够应用到人们的生活中。软件无线电的核心思想是使模数转换器尽量接近射频前端,输出中频数字信号,这样后续的变频滤波、调制和解调、通信协议处理等都采用数字电路和软件来处理。数字下变频电路(Digital Down Conversion,DDC)是软件无线电的核心技术之一,它将模数转换器采样的中频数字信号变频滤波到低频数字信号,适于后续的DSP或微处理器完成基带信号处理。论文针对数字下变频的应用设计实现一个嵌入式SoC。SoC采用基于平台的设计方法,系统中的各个功能模块移植复用已有的IP核,加快系统设计的速度,提高设计的效率。SoC的核心采用开源的OpenRISC处理器,SoC通过Wishbone总线连接各个IP模块、存储设备和IO外设。SoC采用专用的DMA通道对DDC的连续输出数据进行采样和存储,减少总线操作,提高系统性能。OpenRISC处理器执行软件算法对DDC输出的基带信号数据进行处理。对设计的SoC系统平台进行RTL动态仿真,验证系统中各个模块的功能、模块之间的数据传输和协同工作。本文采用软硬件协同验证的方法,通过由C语言编写的高级程序编译生成CPU执行的二进制代码,生成测试激励,验证系统的功能。此外,由于FPGA拥有很好的灵活性和仿真速度,采用FPGA实现系统的硬件原型平台,运行软件程序,以快速验证SoC的功能。在完成SoC的RTL动态仿真后,使用Xilinx公司的ML510 FPGA开发板对系统进行了FPGA原型验证。SoC的前端设计和验证完成后,采用EDA工具进行了系统的逻辑综合、时序分析、形式验证、布局布线、物理验证和后仿真等步骤,最后得到用于生产的SoC版图文件。SoC采用捷智半导体公司的0.18μm SiGe BiCMOS工艺库实现,在最坏工作条件下,芯片运行速度达到100MHz,面积为3.3×3.3mm2,功耗为154.3mW。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数字下变频的实现技术
• 1.2.2 SoC 设计技术
• 1.2.3 可编程逻辑器件
• 1.3 论文主要研究工作
• 1.4 论文结构
• 第2章 数字下变频的工作原理
• 2.1 数字下变频的电路结构
• 2.2 数字下变频的关键技术
• 2.2.1 数字信号处理链路
• 2.2.2 DDS 功能模块的设计
• 2.2.3 累加器模块电路设计
• 2.2.4 混频器设计
• 2.2.5 滤波器组数字电路设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 嵌入式SOC 的结构与实现
• 3.1 系统结构的设计
• 3.2 主要功能模块介绍
• 3.2.1 OR1200 CPU
• 3.2.2 Wishbone Conmax
• 3.2.3 Memory Controller
• 3.2.4 UART
• 3.2.5 DMA
• DDC_CFG'>3.2.6 DDC 和WB_DDC_CFG
• 3.3 SOC 的RTL 仿真
• 3.3.1 编译工具链
• 3.3.2 测试平台的搭建
• 3.3.3 系统平台的RTL 验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式SOC 的FPGA 原型验证
• 4.1 FPGA 设计流程
• 4.2 SOC 的FPGA 实现
• 4.2.1 数据文件准备
• 4.2.2 设计的实现约束
• 4.2.3 FPGA 实现结果
• 4.3 基于FPGA 的原型验证
• 4.3.1 FPGA 板级验证平台
• 4.3.2 系统的启动
• 4.3.3 验证过程和结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 嵌入式SOC 的芯片实现
• 5.1 数字芯片设计流程
• 5.2 综合
• 5.2.1 综合过程及约束
• 5.2.2 综合结果
• 5.3 自动布局布线
• 5.4 时序验证及后仿真
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢