基于AMBA的手机芯片SOC总线架构设计与应用djtf.docx
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1、硕士研究究生学位位论文题目:基基于AMMBA的的手机芯芯片SOOC总线线架构设设计与应应用姓 名:廖 凯学 号:1055480086院 系:信息科科学与技技术学院院专 业:电子与与通信工工程研究方向向:集成成系统芯芯片(SSOC)导师姓名名:王新新安二00八八 年 六 月版权声明明任何收存存和保管管本论文文各种版版本的单单位和个个人,未未经本论论文作者者同意,不不得将本本论文转转借他人人,亦不不得随意意复制、抄抄录、拍拍照或以以任何方方式传播播。否则则,引起起有碍作作者著作作权之问问题,将将可能承承担法律律责任。摘 要随着可携携带式消消费型电电子产品品的应用用日益广广泛,需需求的功功能越来来越
2、多,导导致一个个嵌入式式系统的的开发时时间难以以预测及及控制;而嵌入入式系统统越来越越复杂,架架构规格格又时常常更新改改变,整整合困难难且耗时时,产品品生命周周期又越越来越短短,迫使使设计者者在设计计硬件架架构时必必须从本本质上要要较有弹弹性去考考量。而而系统总总线设计计的灵活活、弹性性,允许许系统开开发者可可以选择择最理想想的架构构,有效效地满足足各种各各样的系系统所需需要的效效能,是是Reuuse的的关键所所在。在在系统总总线设计计中,AAMBAA是一个个公开的的标准,详详叙了组组成一个个系统的的功能模模块互联联和管理理的机制制,将使使设计者者在不需需要更改改总线界界面下,直直接整合合现有
3、的的IP核核,这使使得系统统的整体体效益倍倍增。SSOC设设计者有有时为了了和周边边装置配配置及频频宽,要要在通道道数和时时间频率率最优化化间选择择一个最最佳化的的的组合合,因而而选择AAMBAA Muultii-laayerr的架构构。AMMBA系系统总线线中AHHB主要要是针对对高效率率,高频频率的模模块所设设计的总总线,它它可以连连接如微微处理器器、晶片片上或晶晶片外的的记忆体体模块和和直接记记忆体存存取机制制等高效效率模块块。它可以支支持多个个massterrs管理理机制而而达到最最大的系系统效能能,是一一个高速速、高频率率的总线线。本论论文则是是基于智智能手机机开发当当中对系系统总线
4、线的选择择与设计计所做的的研究。本论文的的目的即即是研究究基于AAMBAA这种片片上总线线系统的的智能手手机SOOC系统统架构的的设计和和应用。本本论文的的主要工工作是在在研究和和分析AAHB协协议的基基础上,完完成智能能手机芯芯片中AAHB总总线的设设计和验验证以及及各IPP核的互互联。具具体的工工作包括括:AHBB总线协协议的研研究;手机芯芯片各模模块互连连结构的的设计;手机芯芯片各模模块总线线接口的的设计;总线模模块的设设计,包包括仲裁裁器、地址译译码器、多路选选择器、AHBB2AHHB总线线桥的设设计、AAHB22APBB总线桥桥的设计计。关键字:总线桥桥,SOCC,AHBB总线,AP
5、BB总线,主设备备,从设备备,仲裁器器,地址译译码器AbsttracctWithh thhe ddeveeloppmennt oof mmicrro-eleectrroniics tecchnoologgy, esppeciiallly pproggresss oon SSOCttechhnollogyy,iit iis ggreaat rrequuireed aa moore fleexibble on-chiip bbus toppropperlly cconnnectt soortss offIP moddulees.Forr thhe oon-cchipp buus,fflexxibi
6、ilitty iis tthe keyy too reeusee byy ennabllingg deevellopeers to sellectt thheopptimmal arcchittectturee too effficcienntlyy meeet thee peerfoormaancee reequiiremmentts oof aa wiide varrietty oof ssysttemss.AMMBA is an opeen sstanndarrd,oon-cchipp buus sspeccifiicattionn thhat dettaills aa sttratte
7、gyy foor tthe inttercconnnecttionn annd mmanaagemmentt off fuuncttionnal bloockss thhat makkes up a SSysttem-on-Chiip(SSOC).AMMBA willl llet dessignnerss muultiiplyy thhe ttotaal bbanddwiddth avaailaablee inn a sysstemm wiithoout chaangiing thee buus iinteerfaace on exiistiing inttelllecttuall prrop
8、eertyy(IPP) ccorees.SSomeetimmes,thee SOOC ddesiigneer tto sseleect thee opptimmal commbinnatiion of buss frrequuenccy aand thee nuumbeer oof cchannnells,uusinng tthe AMBBA MMultti-llayeer aarchhiteectuure. Thhe AAHB of thee AMMBA Sysstemm Buus cconnnectts eembeeddeed pproccesssorss suuch as an ARMM
9、 coore to higgh-pperfformmancce pperiipheeralls,DMAA coontrrolllerss,onn-chhip memmoryy annd iinteerfaacess. IIt iis aa hiigh-speeed,higgh-bbanddwiddth buss thhat suppporrts mullti-massterr buus mmanaagemmentt too maaximmizee syysteem pperfformmancce.TThiss paaperr iss baasedd onn thhe rreseearcch o
10、of oon-cchipp buus usse iin ssmarrt pphonnes deevellop.Thiss paaperr prreseentss thhe ddesiign of AHBB buus aand Briidgee inn thhesmmarttphoone aftter stuudyiing andd annalyyzinng tthe AHBB prrotoocoll. TThe worrks maiinlyy inncluude thhe ddesiign of AHBB annd tthe AHBB Arrbittrattor Devvicee, tthe
11、Adddresss DDecooderrs, thee Muultiipleexerrs,thee Bii-diirecctioonall AHHB-tto-AAHB Briidgee,zhhe AAPB Briidgeeandd thhe cconnnecttionn off alll IInteelleectuual Prooperrtyffor thee apppliicattionn off ouur mmobiile phoone.Key Worrds:AHBBBriidgee,SOCC,AHHB,AAPB,massterr,slaave, Arrbittrattor,Decoode
12、rr目 录录摘要IAbsttracctIII目录IIII第一章绪绪论11.1 总线的的发展历历史与现现状11.2 IP互互连策略略及片上上总线系系统41.2.1 基基于IPP重用的的设计方方法学441.2.2 几几种常用用的片上上总线比比较61.2.2.11 IBBM的CorreCoonneect总总线61.2.2.22 ARRM的AMBBA总线线71.2.2.33 Siiliccoree的Wisshboone总总线81.2.2.44 OCCP-IIP的OCPP91.2.2.55 Allterra的Avaalonn总线1001.3 智能手手机芯片片设计要要求与AAMBAA片上总总线标准准的优势
13、势111.3.1 智智能手机机芯片设设计要求求111.3.1.11 模块块标准化化和可复复用性1111.3.1.22 验证证层次的的可划分分性1221.3.2 AAMBAA总线协协议的优优势1221.3.2.11 AMMBA在在技术上上的优势势121.3.2.22 利于于SOCC的集成成、验证证和测试试131.3.2.33 良好好的维护护和发展展前景1141.4 课题的的意义114第二章 AMBBA总线线架构分分析1552.1概概述1552.2 AMBBA AAHB总总线协议议152.2.1 AAHB总总线简介介152.2.2 AAHB总总线系统统互连结结构1662.2.3 AAHB信信号描述
14、述172.2.3.11 AHHB全局局信号1172.2.3.22 AHHB仲裁裁信号1172.2.3.33 AHHB控制制信号1172.2.3.44 传输输响应(Ressponnse)信号1882.2.3.55 AHHB数据据总线信信号1882.2.3.66 AHHB地址址译码信信号1882.2.3.77 AHHB SSPLIIT能力力信号1192.2.4 AAHB基基本传输输192.2.5 AAHB传传输类型型202.2.6 AAHB猝猝发操作作212.2.7 AAHB传传输响应应222.2.7.11 传输输响应类类型2332.2.7.22 两个个周期的的响应2232.2.7.33 分立立(
15、SPPLITT)与重重试(RRETRRY)比比较2442.2.8 AAHB仲仲裁协议议242.2.8.11 请求求总线访访间2442.2.8.22 授权权总线访访问2552.2.8.33 猝发发传输提提前终止止262.2.8.44 锁定定传输2262.3 外设总总线APPB2662.3.1 AAPB特特性266第三章 AHBB总线控控制模块块设计2283.1 仲裁器器单元2283.1.1 仲仲裁器2293.1.2 仲仲裁器仲仲裁机制制303.1.3 AAHB 仲裁器器的设计计323.2 AHBB总线地地址解码码器设计计353.3 多路选选择器设设计3773.4 AHBB 控制制器的设设计377
16、3.4.1 控控制器结结构与接接口信号号383.4.2 控控制器算算法实现现393.4.3 主主从接口口信息地地址(即即插即用用信息)413.5 AHBB传输通通过AHHB控制制器设计计的实现现443.5.1 AAHB读读写传输输分析4443.5.2 AAHB传传输信号号划分4493.5.3 传传输信号号的通路路的实现现503.5.4 AAHB传传输实现现的仿真真结果5513.5.4.11 Deebugg打印输输出5113.5.4.22 仿真真波形分分析5333.6 AHBB其他IPP设计简简述5443.6.1 AAHBttracce设计计543.6.2 AAHBUUARTT-Serriall
17、 deebugg innterrfacce ffor AHBB553.6.2.11 传送送协议5563.6.2.22 波特特率速率率产生5573.6.3 AAPBUUARTT 支支持APPB接口口的UAART5573.6.3.11 APPBBUUARTT简介573.6.3.22 发送送器操作作583.6.3.33 接收收器操作作593.6.3.44 波特特率产生生603.6.3.55 中断断产生6603.6.3.66 APPB uuartt的代码码描述661第四章 AHBBBRIIDGEE设计与与应用6624.1 总论6224.2 AHBB2APPB bbriddge设设计6224.2.1 A
18、AHB22APBB总线桥桥设计方方案6334.2.2 同同频或倍倍频6444.2.3 AAHB22APBB总线桥桥的算法法实现6644.2.3.11简单算算法的总总线桥的的设计6644.2.3.22 PrrimeeCelll 算算法的总总线桥的的设计6654.2.4 主主从接口口信息6674.2.5 AAPB桥桥的代码码描述6684.3 AHBB2AHHB总线线桥的设设计6884.3.1 单单工AHHB2AAHB桥桥设计6694.3.1.11 概述述694.3.1.22 AHHB/AAHB桥桥通用操操作7004.3.1.33 AHHB 读读传输7704.3.1.44 AHHB写传传输7114.
19、3.1.55 锁定定传输7714.3.1.66 配置置选项7714.3.1.77 信号号描叙7724.3.1.88 AHHB/AAHB桥桥接示例例化7334.3.2 BBi-ddireectiion AHBB2AHHB BBRIDDGE桥桥接7444.3.2.11 概述述744.3.2.22 AHHB/AAHB桥桥基本操操作7664.3.2.33 配置置选项7764.3.3 AAHB22AHBB Brridgge仿真真实现779第五章总总结833参考文献献84附录1 专业术术语名词词解释885致谢877图目录图表 11 图1-1 CCoreeConnnecct总线线的逻辑辑结构77图表 22
20、图1-2 AAMBAA总线的的逻辑结结构8图表 33 图1-3 WWishhbonne逻辑辑结构88图表 44 图1-4 OOCP 的IP核互互连结构构图9图表 55 图1-5 两个个VCII通过总总线互连连的逻辑辑结构110图表 66 图1-6 AAvallon总总线系统统结构图图10图表 77 图1-7 AAvallon总总线模块块逻辑示示例图111图表 88 图2-1 AAMBAA架构图图15图表 99 图2-2 AAHB总总线互连连结构116图表 110 图图2-33 带有有等待状状态的传传输199图表 111 图图2-44多传输输过程220图表 112 图图2-55 AHHB传输输类
21、型举举例200图表 113 图图2-66 AHHB 44拍包绕绕式猝发发传输222图表 114 图图2-77 AHHB重试试响应223图表 115 图图2-88带有等等待状态态的总线线仲裁过过程255图表 116 图图2-99地址/数据总总线移交交25图表 117 图图2-110 AAPB工工作状态态机277图表 118 图图2-111 AAPB写写传输227图表 119 图图3-11 AHHB 仲仲裁器功功能框图图29图表 220 图图3-22 仲裁裁器进行行锁定传传输的状状态转换换图300图表 221 图图3-33循环优优先级的的总线访访问311图表 222 图图3-4 AArbiiter
22、r方块图图33图表 223 图图3-5 仲裁裁算法流流程355图表 224 图图3-66 正常常仲裁过过程仿真真35图表 225 图图3-7 地址址解码算算法流程程36图表 226 图图3-88 中心心多路选选择器337图表 227 图图3-99 AHHB控制制器结构构图388图表 228 图图3-110 AAHB控控制器接接口示意意图388图表 229 图图3-11 AHBB信号示示意图339图表 330 图图3-112 AAHB总总线控制制器的总总体算法法流程图图40图表 331 图图3-113 sspliit传输输实现算算法411图表 332 图图3-114 AAHB即即插即用用信息记记
23、录422图表 333 图图3-115 读读/写模块块基本传传输444图表 334 图图3-116 SSLAVVE未准准备好时时的传输输时序444图表 335 图图3-17 重叠的的地址周周期和数数据周期期45图表 336 图图3-118 mmastter未未准备好好时的时时序图446图表 337 图图3-119 IINCRR4传输输类型的的时序图图47图表 338 图图3-220 IINCRR传输仿仿真时序序图477图表 339 图图3-221 RRETRRY响应应的时序序图488图表 440 图图3-222 ERRRORR响应的的时序图图49图表 441 图图3-23 AHBB总线信信号划分
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