YHFT-QBASE RapidIO接口的设计与实现

论文摘要

下一代无线通信标准LTE已经制定,无线通信开始向4G前进。研制能满足新的无线通信要求的基站处理器及其系统互连接口成为一个挑战。YHFT-QBASE是国防科大微电子所为了满足LTE标准而研制的一款高性能定点数字信号处理器。在系统互连方面,YHFT-QBASE采用符合RapidIO规范1.3版本的串行接口提供快速的数据传输。本课题针对YHFT-QBASE的需求开展RapidIO串行接口（SRIO）的研究与设计。总线传输能力的增长速度远低于处理器性能的增长速度,导致系统互连的传输能力已成为高性能嵌入式系统性能提升的瓶颈。在技术和市场两方面的推动下,产生了专门针对嵌入式系统互连需求的国际互连标准——RapidIO（Rapid Input Output Interface）。RapidIO互连规范面向串行背板、芯片到芯片通信和相关串行传输应用接口,以10Gbps以上的带宽、较低的功耗预算和硬件成本成为嵌入式系统、特别是无线通信应用领域的最佳选择。本文首先系统地研究了RapidIO互连协议架构,包括RapidIO逻辑层、传输层协议及物理层中的串行接口协议。在分析YHFT-QBASE系统互连需求的基础上,定义了能够满足其要求的接口功能,完成其SRIO的总体方案设计。该接口通过AXI协议与DSP互连,设计并实现了AMBA-SRIO桥接部件,用于两个协议之间的转换。本文设计了SRIO物理层功能,包括串行协议层和物理编码子层（PCS）的功能,选择Synopsys公司的串行解串器（SerDes）IP核作为SRIO物理介质附属层（PMA）,构建了符合RapidIO 1.3规范的SRIO。其次,本文针对SRIO的关键电路SerDes进行了研究,阐述了高速模拟电路SerDes的组成、工作原理和实现结构,分析了组成SerDes的关键电路——时钟和数据恢复电路。在研究分析Synopsys公司的SerDes IP核XAUI PHY接口信号功能的基础上,完成了对IP的应用集成和功能模拟。最后,本文对所设计的SRIO分别进行了模块级和系统级验证和分析,给出了综合结果。结果表明,该接口实现了规范定义的I/O逻辑操作和门铃事务,完成了串行物理层单通道/四通道（1x/4x）的传输,满足了YHFT-QBASE的设计需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌入式系统互连研究
• 1.1.1 总线技术概述
• 1.1.2 新型总线技术比较
• 1.1.3 RapidIO互连技术概述
• 1.2 课题背景
• 1.3 主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 SRIO的总体结构
• 2.1 YHFT-QBASE系统互连需求
• 2.1.1 YHFT-QBASE总体结构概述
• 2.1.2 YHFT-QBASE对SRIO的设计需求
• 2.2 RapidIO接口规范研究
• 2.2.1 RapidIO逻辑层协议
• 2.2.2 RapidIO传输层协议
• 2.2.3 RapidIO物理层协议
• 2.3 SRIO的总体方案设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 AMBA-SRIO桥的设计
• 3.1 AMBA-SRIO桥的总体结构
• 3.2 AXI接口模块设计
• 3.2.1 AXI接口的事务传输
• 3.2.2 AXI接口通道定义
• 3.2.3 接口信号时序
• 3.3 APB接口模块设计
• 3.4 控制和状态寄存器及门铃模块设计
• 3.5 AXI-RIO模块设计
• 3.6 RIO-AXI模块设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 SRIO协议层的逻辑设计
• 4.1 逻辑层设计
• 4.1.1 发送方逻辑层设计
• 4.1.2 接收方逻辑层设计
• 4.2 物理层设计
• 4.2.1 发送方物理层逻辑设计
• 4.2.2 接收方物理层逻辑设计
• 4.2.3 流量控制
• 4.2.4 错误管理
• 4.2.5 端口初始化
• 4.3 本章小结
• 第五章 SerDes IP核的分析与集成
• 5.1 SerDes技术原理
• 5.1.1 SerDes概述
• 5.1.2 CDR技术原理
• 5.2 SerDes IP核功能概述
• 5.2.1 XAUI PHY的功能模块
• 5.2.2 XAYU PHY的接口信号
• 5.3 XAUI PHY在SRIO中的集成
• 5.4 XAUI PHY的行为级模拟
• 5.5 本章总结
• 第六章设计验证和综合
• 6.1 验证方法和策略
• 6.1.1 验证方法
• 6.1.2 SRIO验证策略
• 6.2 模块和部件级模拟验证
• 6.3 系统级模拟验证和分析
• 6.3.1 系统级验证内容
• 6.3.2 系统级验证结果和分析
• 6.4 SRIO逻辑综合
• 6.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果