本文關(guān)鍵詞：基于OR1200微處理器的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計及其FPGA實現(xiàn)

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【摘要】：芯片制造工藝水平的不斷提高,使得將不同的功能模塊集成在一塊芯片上成為可能。近年來,系統(tǒng)芯片(System on Chip, SoC)技術(shù)作為一個跨學(xué)科的新興研究領(lǐng)域,一直都是國內(nèi)外研究的熱點。越來越多的應(yīng)用系統(tǒng)采用SoC來縮小產(chǎn)品尺寸、降低系統(tǒng)功耗和提高工作頻率。知識產(chǎn)權(quán)(Intellectual Property, IP)核復(fù)用技術(shù)有效降低了開發(fā)成本、縮短了上市周期,增強產(chǎn)品的市場競爭力。本文結(jié)合SoC發(fā)展現(xiàn)狀以及在研課題需求,提出了一種快速的SoC平臺搭建方案,完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計。整個系統(tǒng)采用軟硬件協(xié)同設(shè)計的思想,選擇開源的32位微處理器OR1200作為系統(tǒng)核心中央處理器(Central Processing Unit, CPU),復(fù)用IP核搭建基于WISHBONE總線協(xié)議的SoC硬件架構(gòu),并在此基礎(chǔ)上移植U-boot系統(tǒng)以及嵌入式Linux操作系統(tǒng),最終在搭載Altera公司Cyclone IV E系列芯片的DE2-115開發(fā)板上實現(xiàn)。整個系統(tǒng)中,無論硬件部分的微處理器、互聯(lián)總線協(xié)議和外設(shè),還是軟件部分的U-boot、Linux和設(shè)備驅(qū)動,都是在開源基礎(chǔ)上進行修改或自主設(shè)計的,大大降低了系統(tǒng)開發(fā)成本；可根據(jù)需求對核心源代碼進行裁剪、優(yōu)化,提高系統(tǒng)性能；平臺的功能和性能方面的運行結(jié)果為后期整個SoC系統(tǒng)的芯片實現(xiàn)提供有效參考。同時,該SoC系統(tǒng)亦可作為FPGA原型驗證平臺靈活地用到其它的集成電路(Integrated Circuit, IC)項目開發(fā)中。測試結(jié)果表明,SoC系統(tǒng)硬件架構(gòu)僅消耗現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)11068個邏輯單元(占整個FPGA芯片的10%),剩余的邏輯單元可用來實現(xiàn)項目的核心邏輯一-IPSec協(xié)議的硬件處理電路；平臺能夠自啟動U-boot系統(tǒng),并且穩(wěn)定運行Linux操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)在串口115200bps、網(wǎng)口10/100Mbps速率下穩(wěn)定無錯傳輸。本課題基于PSoC/SoPC領(lǐng)域方面的技術(shù)研究,具有良好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：系統(tǒng)芯片 OR1200 WISHONE總線 知識產(chǎn)權(quán) 軟硬件協(xié)同 現(xiàn)場可編程門陣列 嵌入式操作系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP393.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題背景與意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 研究內(nèi)容與設(shè)計指標(biāo)12
• 1.3.1 研究內(nèi)容12
• 1.3.2 設(shè)計指標(biāo)12
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 SoC系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)技術(shù)14-36
• 2.1 OR1200微處理器14-21
• 2.1.1 基本架構(gòu)14-17
• 2.1.2 尋址模式17-18
• 2.1.3 位和字節(jié)序18-19
• 2.1.4 寄存器集19-20
• 2.1.5 指令集20
• 2.1.6 異常模型20-21
• 2.2 WISHBONE總線21-28
• 2.2.1 接口信號21-23
• 2.2.2 互聯(lián)類型23-24
• 2.2.3 數(shù)據(jù)操作24-28
• 2.3 以太網(wǎng)/IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)28-32
• 2.3.1 MAC子層28-29
• 2.3.2 CSMA/CD協(xié)議29-30
• 2.3.3 MⅡ接口30-32
• 2.4 交叉編譯環(huán)境32-34
• 2.4.1 GNU工具鏈32
• 2.4.2 make與Makefile文件32-33
• 2.4.3 OR1KSIM仿真器33-34
• 2.5 U-boot和Linux內(nèi)核34-35
• 2.5.1 U-boot34-35
• 2.5.2 Linux內(nèi)核35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第三章 SoC系統(tǒng)整體實現(xiàn)方案36-44
• 3.1 軟硬件協(xié)同設(shè)計36-38
• 3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案38-42
• 3.2.1 硬件架構(gòu)39-41
• 3.2.2 軟件環(huán)境41-42
• 3.3 系統(tǒng)開發(fā)工具42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 系統(tǒng)的硬件架構(gòu)設(shè)計44-76
• 4.1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)44-46
• 4.2 OR1200微處理器46-50
• 4.3 Debug單元50-54
• 4.4 WISHBONE總線54-57
• 4.5 SDRAM控制器57-62
• 4.6 FLASH控制器62-67
• 4.7 UART1655067-70
• 4.8 MAC控制器70-74
• 4.9 系統(tǒng)綜合74
• 4.10 本章小結(jié)74-76
• 第五章 系統(tǒng)的軟件環(huán)境配置76-90
• 5.1 GNU工具鏈搭建76-79
• 5.1.1 GNU工具鏈的安裝76-78
• 5.1.2 程序測試78-79
• 5.2 U-boot移植79-86
• 5.2.1 源碼目錄結(jié)構(gòu)79-80
• 5.2.2 U-boot的移植80-85
• 5.2.3 仿真驗證85-86
• 5.3 Linux內(nèi)核移植86-88
• 5.3.1 源碼目錄結(jié)構(gòu)86-87
• 5.3.2 Linux的移植87-88
• 5.3.3 仿真驗證88
• 5.4 uImage鏡像制作88-89
• 5.5 本章小結(jié)89-90
• 第六章 系統(tǒng)的FPGA測試驗證90-96
• 6.1 硬件平臺90
• 6.2 系統(tǒng)測試90-93
• 6.2.1 Debug功能90-91
• 6.2.2 U-boot系統(tǒng)91-92
• 6.2.3 Linux系統(tǒng)92-93
• 6.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸測試93
• 6.4 結(jié)果分析93-94
• 6.5 本章小結(jié)94-96
• 第七章 總結(jié)與展望96-98
• 7.1 總結(jié)96
• 7.2 展望96-98
• 參考文獻98-100
• 致謝100-102
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文102

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1 蘭文麗,楊昆,謝翔,張春;一種可用在基于平臺SoC設(shè)計中的處理器核OR1200[J];電視技術(shù);2005年S1期

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2 焦?jié)h明;基于OR1200的嵌入式SoC以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計[D];山東科技大學(xué);2010年

3 常曉劍;面向FPGA的OR1200軟核微處理器的優(yōu)化[D];電子科技大學(xué);2010年

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本文編號：637643