基于FPGA的Microdrive Controller的设计研究

论文摘要

随着移动数字设备、信息家电及其它各种嵌入式系统的迅速发展,存储问题也就变得越来越突出。为了适应存储器容量越来越大、体积越来越小的需求,微型硬盘(Microdrive)应运而生。为了使Microdrive能接入各种嵌入式系统,必须要设计出相应的控制器(Controller)。目前国内还没有开发出Microdrive控制器,因此,研究开发Microdrive控制器是非常必要的,有着广泛的应用前景。本文选用基于FPGA的设计方案,采用自顶向下(TOP—DOWN)的设计思想,遵循FPGA的设计流程,设计Microdrive Controller。本文总体设计了Microdrive Controller的框架结构以及详细设计了主要模块,并在此基础上设计了五个外部接口:Microdrive(CF)接口,MPU/MCU接口,USB接口,配置JTAG接口和测试JTAG接口。此Microdrive Controller是通过Microdrive(CF)接口来控制Microdrive;通过MPU/MCU接口来控制Microdrive(CF)接口,并配置JTAG接口和控制Controller状态;通过USB接口可以连接PC和带有USB接口的设备;JTAG接口是用来配置和测试Microdrive Controller的功能。各种接口可按不同情况进行不同的组合,形成不同的配置模式。本文也重点描述了Microdrive(CF)接口和MPU/MCU接口之间的配置模式。在Microdrive Controller开发设计的基础上,本文还研究探讨了如何提高存储器的读写速度以及如何降低功耗的问题。Microdrive Controller的设计将使Microdrive可以运用到各种嵌入式系统中,从而在不占用系统额外空间的情况下使系统的存储容量有一个大的提升,并且进一步促进了越来越流行的数字设备、信息家电等嵌入式系统的发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 MICRODRIVE CONTROLLER 设计方案及设计平台
• 1.1 设计方案的选择
• 1.2 基于FPGA 设计的概述
• 1.3 MICRODRIVE 简介
• 1.4 MICRODRIVE CONTROLLER 的设计流程
• 1.4.1 Microdrive Controller 的FPGA 设计流程
• 1.4.2 HDL 简介
• 1.4.3 Microdrive Controller 设计中HDL 的选择
• 1.4.4 Microdrive Controller 设计中的逻辑仿真、综合工具的选择
• 第二章 MICRODRIVE CONTROLLER 设计
• 2.1 MICRODRIVE CONTROLLER 总体设计及各功能模块
• 2.2 MICRODRIVE CONTROLLER 的接口设计
• 2.2.1 Microdrive Controller 的Microdrive 接口设计
• 2.2.2 Microdrive Controller 的MPU/MCU 接口设计
• 2.2.3 Microdrive Controller 的USB 接口设计
• 2.2.4 Microdrive Controller 的JTAG 测试接口设计
• 2.2.5 Microdrive Controller 的JTAG 配置接口设计
• 2.3 MICRODRIVE CONTROLLER 典型的配置模式
• 2.3.1 从Microdrive 接口到MPU/MCU 接口的配置
• 2.3.2 从MPU/MCU 接口到Microdrive 接口的配置
• 第三章 对提高存储器读写速度的探讨研究
• 3.1 硬件方法提高存储器的读写速度的研究
• 3.1.1 改变外部控制器提高读写速度
• 3.1.2 改变内部控制电路提高读写速度
• 3.1.3 结合内外控制电路整体提高读写速度的设计
• 3.2 软件方法提高存储器的读写速度的研究
• 第四章 对降低功耗问题的讨论
• 4.1 功耗的来源
• 4.2 系统级降低功耗
• 4.2.1 降低功耗的电压措施
• 4.2.2 动态管理时钟频率来降低功耗
• 4.2.3 减少负载电容及减小开关活动几率来降低功耗
• 4.3 RTL 级降低功耗
• 4.3.1 时钟门控降低功耗
• 4.3.2 流水线结构降低功耗
• 4.4 通过软件的方法降低功耗
• 4.5 考虑用异步电路来降低功耗
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文所做的工作及结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢