IPOD芯片高速通道的设计与实现

IPOD芯片高速通道的设计与实现

论文摘要

近年来,DVB 业务在全球范围内迅速发展。据预测,我国未来几年将有上千亿的 DVB 市场。DVB-S 卫星数据接收系统——IPOD 系统在这样的市场需求下诞生了。IPOD 系统完成 DVB-S 的信号接收,在个人电脑上播放图文信息和多媒体节目。IPOD 系统的直接应用领域是国家推出的“双农项目”。IPOD 系统分为硬件和软件两个部分:硬件负责 TS 包接收,进行协议处理;软件负责把 TS 包拼装成 IP 包,在个人电脑上播放。IPOD 系统的核心是一块ASIC 芯片,TS 包经过芯片的 PID 过滤、解扰,再通过 PCI 接口以 DMA 方式传送到主机。本论文工作的重点就是 IPOD 芯片的高速通道设计。在设计的过程中,首先要考虑满足芯片的功能的要求,实现 DVB-S 数据的接收;同时也要考虑系统的可移植性,便于未来向 DVB-T/DVB-C 的业务拓展;此外,由于是产品化的设计,必须要在开发周期有限的情况下,保证系统的稳定性和低成本。那么,所谓“高速”通道,不但包括高效的数据通道,而且包括可靠的控制通道。PCI接口是数据通道和控制通道的基础,它是以集成 PCI 核来实现的。DMA 控制器是数据通道的引擎,这里我们采用了链式 DMA 的策略,大幅度地提高了硬件传输的带宽。控制通道的设计内容包括本地总线、多时钟域、复位网络等方面的设计。论文将详细介绍 IPOD 芯片的设计方案以及 ASIC 的实现方法。研究采用的基本方法有计算机仿真,现场实验,理论分析。利用各种 EDA 工具完成系统的仿真、综合、时序分析等工作,搭建 FPGA 原型验证系统,在实际环境中调试,测试实际数据,利用这些数据为链式 DMA 控制器建立模型,进行理论分析。结果表明链式 DMA 的硬件带宽可以达到 476.6Mbps,这完全符合未来业务扩展的需求。ASIC 设计的周期长,成本高,任务复杂。对于 IPOD 系统,我们首先基于PCI 开发板验证了本地逻辑,然后开发了自己的 FPGA 原型验证系统,并且已经在 DVB-S 的信号环境中稳定运行,最后再进入 ASIC 设计和生产阶段。目前我们已经完成了 ASIC 设计的全部工作,等待 Fujitsu 公司流片量产。

论文目录

  • 第1 章 引言
  • 1.1 问题的提出
  • 1.2 选题背景及意义
  • 1.3 文献综述
  • 1.4 研究方法
  • 1.5 论文结构安排
  • 第2 章 IPOD 的项目背景
  • 2.1 本章引论
  • 2.2 DVB 标准
  • 2.2.1 DVB 标准的技术特点
  • 2.2.2 MPEG-II 码流复用
  • 2.2.3 DVB 标准传输系统
  • 2.3 IP Over DVB 规范
  • 2.3.1 IP Over DVB 的技术特点
  • 2.3.2 中国教育卫星宽带传输网技术规范
  • 2.4 ASIC 概述
  • 2.4.1 ASIC 的发展
  • 2.4.2 ASIC 的分类
  • 2.4.3 高层次设计语言
  • 2.4.4 技术产业合作
  • 第3 章 IPOD 系统的体系结构
  • 3.1 本章引论
  • 3.2 IPOD 系统的硬件结构
  • 3.2.1 IPOD 系统的板上器件
  • 3.2.2 IPOD 芯片内部模块
  • 3.3 IPOD 系统的软件结构
  • 3.3.1 IPOD 系统的应用程序
  • 3.3.2 IPOD 系统的驱动程序
  • 第4 章 PCI 接口
  • 4.1 本章引论
  • 4.2 PCI 规范
  • 4.2.1 PCI 总线的特点
  • 4.2.2 PCI 体系结构
  • 4.2.3 PCI 的总线操作
  • 4.3 IP 复用的策略
  • 4.3.1 IP 的概念
  • 4.3.2 IP 复用的策略
  • 4.4 PCI core
  • 4.4.1 PCI core 的特点
  • 4.4.2 PCI core 的结构
  • 4.4.3 地址分配
  • 4.4.4 中断共享
  • 第5 章 链式DMA 策略
  • 5.1 本章引论
  • 5.2 传统的DMA
  • 5.2.1 DMA 的优点
  • 5.2.2 典型的DMA 传输
  • 5.3 链式DMA
  • 5.3.1 链式DMA 的概念
  • 5.3.2 链式DMA 的优越性
  • 5.4 DMA 控制器的设计和实现
  • 5.4.1 DMA 控制器的结构
  • 5.4.2 DMA 的寄存器
  • 5.4.3 DMA 的状态机
  • 5.4.4 DMA 操作流程
  • 5.5 DMA 设计结果
  • 5.5.1 仿真综合结果
  • 5.5.2 数据速率实际测试结果
  • 5.6 系统性能分析
  • 5.6.1 硬件带宽分析
  • 5.6.2 链式DMA 参数分析
  • 5.6.3 缓存容量分析
  • 5.7 DMA 控制器的再优化
  • 第6 章 控制通道
  • 6.1 本章引论
  • 6.2 IPOD 的本地总线
  • 6.2.1 总线的基本结构
  • 6.2.2 本地总线的结构
  • 6.2.3 本地总线的地址分配
  • 6.3 多时钟域设计
  • 6.3.1 IPOD 的时钟域
  • 6.3.2 多时钟域的挑战
  • 6.3.3 控制信号的多时钟域设计
  • 6.3.4 数据信号的多时钟域设计
  • 6.4 复位网络设计
  • 6.4.1 IPOD 系统复位的挑战
  • 6.4.2 IPOD 的复位网络
  • 第7 章 ASIC 实现方法
  • 7.1 本章引论
  • 7.2 ASIC 设计流程
  • 7.3 IPOD 的设计流程
  • 7.3.1 FPGA 验证阶段
  • 7.3.2 ASIC 设计阶段
  • 7.3.3 ASIC 生产和测试阶段
  • 第8 章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 声明
  • 个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果
  • 相关论文文献

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