SOC中IP核设计关键技术研究与实现

论文摘要

本文着重研究了数字系统设计的相关技术和IP核的设计方法,分析了MCU的体系结构,编程仿真的环境和工具,用可编程逻辑器件进行硬件验证的技术方法。通过这样的技术过程,对MCU中的关键模块进行设计和验证,完成了对SOC中IP核设计关键技术的研究与实现。论文从应用的角度分析了SOC及P核的相关技术,包括软硬件协同设计、IP核复用、EDA技术、层次模块设计、逻辑综合和仿真验证。研究了以PIC17C42为原型的MCU的体系结构和指令系统,对各P核按层次和模块进行了结构和功能的划分。对MCU中的关键模块ALU模块、PC模块、串口模块和中断模块详细进行了功能分析,完成了各模块的结构设计和算法描述。优化了系统性能,降低了功耗。最后实现了各模块的的RTL级代码描述,并基于FPGA完成了电路综合及仿真验证。本设计采用自上而下的设计方法,用硬件描述语言Verilog HDL实现RTL级可综合代码。采用QuartusII作为设计开发环境实现代码编写和仿真验证,用Synplify完成电路综合。通过验证,本论文完成的模块在功能和时序上均符合要求,并可根据实际应用进行修改,实现了可复用的IP核,并归纳总结了进行SOC中IP核设计的技术和方法,为后续深入开展SOC设计的工作做好了准备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外相关进展状况
• 1.3 论文的主要内容及章节安排
• 第二章 SOC关键技术及设计方法
• 2.1 SOC的关键技术
• 2.1.1 软硬件协同设计
• 2.1.2 IP核复用技术
• 2.2 数字系统设计方法
• 2.2.1 EDA及其设计方法
• 2.2.2 硬件描述语言
• 2.2.3 设计工具软件
• 第三章 MCU IP核设计
• 3.1 IP核设计流程
• 3.1.1 模块设计
• 3.1.2 逻辑综合
• 3.1.3 仿真验证
• 3.1.4 布局布线
• 3.2 MCU IP核总体结构
• 3.2.1 MCU的系统结构
• 3.2.2 MCU的功能模块划分
• 3.2.3 专用寄存器简介
• 3.2.4 MCU的指令系统
• 3.3 ALU模块的设计
• 3.3.1 ALU模块的功能
• 3.3.2 ALU模块的实现
• 3.4 PC模块的设计
• 3.4.1 PC模块的功能
• 3.4.2 PC模块的实现
• 3.5 串口模块的设计
• 3.5.1 串口模块的功能
• 3.5.2 串口模块的实现
• 3.6 中断模块的设计
• 3.6.1 中断模块的功能
• 3.6.2 中断模块的实现
• 3.7 本章小结
• 第四章 IP核的综合及仿真验证
• 4.1 综合仿真验证平台
• 4.2 ALU模块
• 4.3 PC模块
• 4.4 串口模块
• 4.5 中断模块
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录 串口模块电路图