本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的SOC設(shè)計與驗證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：SOC(System-on-Chip)稱為系統(tǒng)級芯片,也稱為片上系統(tǒng),是一個有專用功能的集成電路,它包括完整系統(tǒng)和嵌入軟件。SOC可以充分利用已有的設(shè)計積累,顯著地提高了ASIC的設(shè)計能力,因此發(fā)展非常迅速,引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注,SOC隨之成為集成電路發(fā)展的必然趨勢,因此準(zhǔn)確高速的設(shè)計SOC的方法是SOC設(shè)計的迫切需要。首先,本論文介紹了FPGA的概念和組成部分,介紹了SOC和CPU的發(fā)展歷程和發(fā)展前景,給出了SOC的設(shè)計背景和設(shè)計流程。其次,本論文針對自頂向下的設(shè)計一個SOC應(yīng)用了一種準(zhǔn)確的分析方法,即潛伏期分析方法,并且提出了一種高速的實現(xiàn)方法,即全流水線實現(xiàn)方法;并敘述了有限狀態(tài)機理論;在設(shè)計過程中應(yīng)用了TP(Ticks Process charts)圖和SFM(Sequential Machine Flow)表的設(shè)計方法;應(yīng)用這些理論方法完成了一個片上系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計,CPU的架構(gòu)設(shè)計;完成CPU的指令系統(tǒng)設(shè)計,并對取指周期和路徑,執(zhí)行周期和路徑,進行了精確的潛伏期分析;同時指令系統(tǒng)加入中斷進入序列和中斷返回指令RTI的潛伏期分析,給片上系統(tǒng)加入了中斷功能。最后,論文采用verilog HDL語言進行片上系統(tǒng)和CPU各個模塊的設(shè)計,板上系統(tǒng)SOB的架構(gòu)設(shè)計和各個模塊的設(shè)計,設(shè)計了流水燈和菲薄納契序列(Fibonacci)的算法流程圖,用匯編語言進行編寫。Modelsim對流水燈和菲薄納契序列(Fibonacci)進行仿真驗證,然后將設(shè)計好的板上系統(tǒng)下板,流水燈的正常運行和菲薄納契序列(Fibonacci)的正確運算證明設(shè)計的SOC的架構(gòu)和CPU的指令系統(tǒng)是符合要求的,在流水燈運行的同時可以進行菲薄納契序列(Fibonacci)的正確運算證明中斷系統(tǒng)是符合要求的。
【關(guān)鍵詞】：FPGA CPU 片上系統(tǒng) 有限狀態(tài)機
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN47;TN791
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 FPGA簡介11-12
• 1.2 CPU與SOC簡介12-13
• 1.3 SOC的設(shè)計背景13-14
• 1.4 SOC的設(shè)計流程14-15
• 第2章 有限狀態(tài)機（FSM）理論15-22
• 2.1 有限狀態(tài)機15-20
• 2.1.1 有限狀態(tài)機概念15-17
• 2.1.1.1 摩爾機15-16
• 2.1.1.2 米利機16-17
• 2.1.2 有限狀態(tài)機的一段式和三段式編碼17-19
• 2.1.3 線性序列機LSM19-20
• 2.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖STG20-21
• 2.3 算法機和算法流程圖21-22
• 第3章 同步設(shè)計理論22-27
• 3.1 同步設(shè)計22
• 3.2 潛伏期(latency)22-23
• 3.3 時鐘節(jié)點(Pipeline Node)和時鐘域(Clock Domain)23-26
• 3.4 時鐘流分析26-27
• 第4章 SOC_001的頂層和指令系統(tǒng)設(shè)計27-44
• 4.1 CPU_001頂層設(shè)計27-28
• 4.2 片上系統(tǒng)SOC的頂層架構(gòu)設(shè)計28-30
• 4.3 CPU的架構(gòu)設(shè)計30
• 4.4 CPU指令系統(tǒng)設(shè)計30-34
• 4.5 CPU的中斷設(shè)計34
• 4.6 CPU指令周期路徑及潛伏期分析34-44
• 4.6.1 取指周期路徑及潛伏期分析34-37
• 4.6.2 算術(shù)運算指令執(zhí)行路徑和潛伏期分析37-38
• 4.6.3 讀數(shù)據(jù)指令執(zhí)行路徑和潛伏期分析38-39
• 4.6.4 寫數(shù)據(jù)指令路徑和潛伏期分析39-41
• 4.6.5 無條件跳轉(zhuǎn)指令路徑和潛伏期分析41-42
• 4.6.6 NOP指令潛伏期分析42
• 4.6.7 零標(biāo)志跳轉(zhuǎn)指令潛伏期分析42
• 4.6.8 中斷進入序列和中斷返回指令RTI的潛伏期分析42-44
• 第5章 CPU與SOC的模塊設(shè)計44-62
• 5.1 CPU各模塊設(shè)計44-55
• 5.1.1 指令譯碼器45-46
• 5.1.2 程序計數(shù)器46-47
• 5.1.3 算術(shù)運算器47-48
• 5.1.4 累加器48-49
• 5.1.5 地址多路器49-50
• 5.1.6 中斷寄存器50-51
• 5.1.7 主控制器51-55
• 5.1.7.1 主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖51
• 5.1.7.2 主控制器的代碼和綜合模塊設(shè)計51-55
• 5.2 SOC各模塊設(shè)計55-62
• 5.2.1 指令寄存器55-56
• 5.2.2 數(shù)據(jù)寄存器56-58
• 5.2.3 端口寄存器58-60
• 5.2.4 地址譯碼器60-61
• 5.2.5 數(shù)據(jù)選擇器61-62
• 第6章 SOC的實際應(yīng)用62-72
• 6.1 SOB板上系統(tǒng)各模塊62-67
• 6.1.1 BCD碼轉(zhuǎn)換模塊62-63
• 6.1.2 數(shù)碼管驅(qū)動模塊63-65
• 6.1.3 鍵盤消抖模塊65-67
• 6.2 基于此SOC實現(xiàn)流水燈67-69
• 6.3 基于此SOC實現(xiàn)菲薄納契序列（Fibonacci）69-72
• 結(jié)束語72-73
• 參考文獻73-75
• 致謝75

【相似文獻】

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