現代的計算機追求的是更快的速度、更高的數據完整性和靈活性。無論從物理性能,還是從電氣性能來看,現今的并行總線都已出現了某些局限,無法提供更高的數據傳輸率。而SATA以其傳輸速率快、支持熱插拔、可靠的數據傳輸等特點,得到各行業越來越多的支持。 目前市場上的SATA IP CORE都是面向IC設計的,不利于在FPGA上集成,因此,本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上實現SATAⅡ協議,對SATA技術的推廣、國內邏輯IP核的發展都有一定的意義。 本文將SATAⅡ協議的FPGA實現劃分成物理層、鏈路層、傳輸層和應用層四個模塊。提出了物理層串行收/發器設計以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結構,給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態機的設計。為滿足SATAⅡ協議3.0Gbps的速率,采用擴大數據處理位寬的方法,設計完成了鏈路層的16b/20b編碼模塊,同時為提高數據傳輸可靠性和信號的穩定性,分別實現了鏈路層CRC校驗模塊和并行擾碼模塊。在描述協議傳輸層的模塊結構的基礎上,給出了作為傳輸層核心的狀態機的設計,并以DMA DATA OUT命令的操作為例介紹了FIS在傳輸層中的處理過程。完成了命令層協議狀態機的設計,并實現了SATAⅡ新增功能NCQ技術,從而使得數據傳輸更加有效。最后為使本設計應用更加廣泛,設計了基于AHB總線的用戶接口。 本設計采用Verilog HDL語言對需要實現的電路進行描述,并使用Modelsim軟件仿真。仿真結果表明,本文設計的邏輯電路可靠穩定,與SATAⅡ協議定義功能一致。
隨著半導體制造技術不斷的進步,SOC(System On a Chip)是未來IC產業技術研究關注的重點。由于SOC設計的日趨復雜化,芯片的面積增大,芯片功能復雜程度增大,其設計驗證工作也愈加繁瑣。復雜ASIC設計功能驗證已經成為整個設計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統對ASIC設計進行功能驗證,就是利用FPGA器件實現用戶待驗證的IC設計。利用測試向量或通過真實目標系統產生激勵,驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統,可在ASIC設計的早期,驗證芯片設計功能,支持硬件、軟件及整個系統的并行開發,并能檢查硬件和軟件兼容性,同時還可在目標系統中同時測試系統中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優點是速度快,能夠實時仿真用戶設計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數據,而FPGA作為硬件系統,突出優點是速度快,實時性好。可以將SOC軟件調試系統的開發和ASIC的開發同時進行。 此設計以ALTERA公司的FPGA為主體來構建驗證系統硬件平臺,在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構建與PC的調試驗證數據鏈路,并采用定制的JTAG邏輯產生測試向量,通過JTAG控制SOC目標系統,達到對SOC內部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時,該驗證平臺還可以支持SOC目標系統后續軟件的開發和調試。 本文介紹了芯片驗證系統,包括系統的性能、組成、功能以及系統的工作原理;搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統的硬件平臺,提出了驗證系統的總體設計方案,重點對驗證系統的數據鏈路的實現進行了闡述;詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統,并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結合,構建出調試與驗證數據鏈路;根據芯片驗證的要求,設計出軟核處理器NIOS II系統與PC建立數據鏈路的軟件系統,并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術,完成對國產某型DSP芯片的驗證與測試,研究如何構建一種通用的SOC芯片驗證平臺,解決SOC驗證系統的可重用性和驗證數據發送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統在芯片驗證與測試應用研究領域,有較高的理論和實踐研究價值。