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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林松君
研究生(外文):Sung-chun Lin
論文名稱:系統晶片之可組態介面設計方法論
論文名稱(外文):Configurable Interface Design Methodology in SoC
指導教授:黃穎聰黃穎聰引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電子與資訊工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:VCIAMBA介面電路
外文關鍵詞:interfaceVCIAMBA
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在典型的系統晶片設計有許多要處理的程序,這些程序不是由硬體(IP)完成就是由軟體(processor)完成。之所以將這些程序分割給硬體或軟體處理是為了要符合系統功能的要求。在增加系統晶片的複雜度與縮短time to market的雙重要求下,一個有效的IP整合方法與流程就相當重要。所以IP的reuse在System on chip (SoC) design methodology中是很重要的,但是IP的reuse並非那麼順利,因為往往所取得IP的interface protocol與 On Chip Bus (OCB) protocol不一樣,而造成IP整合上的困難。在本論文中,我們提出一個Configurable Interface Design Methodology in SoC,用此方法可以產生在兩個不同介面協定的轉換器電路模組。此一設計方法可以廣泛應用於現今系統晶片整合上降低IP整合的困難度。在本論文會介紹整個Interface Template設計步驟,並且以一個實際例子設計時下最流行的AMBA High Performance Bus(AHB)和標準介面(BVCI)的轉換器,在整個設計過程中敘述所提出來的設計方法與流程。
A typical co-design environment has a number of component processes assigned for execution either in hardware or in software. These components have an obvious interaction requirement in order to meet the system functionality. Reuse of Intellectual Property (IP) is crucial in SoC design. The discrepancies in interface logic and communication/bus protocols among IPs, however, remain as the main obstacle in system integration. In this paper, we examine the interface logic generation problem and propose a novel scheme to automate the process. The scheme consists of an automatic communication / bus protocol translation and a template based interface logic / bus wrapper generation. Real case test bench, e.g. AHB in AMBA v.s. BVCI in VCI was applied to verify the correctness and the efficiency of the generated interface. The design is also implemented in FPGA and incurred interface circuitry overhead is small.
一、緒論 1
1.1 系統整合的挑戰 1
1.2 研究動機 2
1.3 論文架構 4

二、相關研究 6
2.1 Interface Synthesis 6
2.1.1 Custom Generation Approaches 6
2.1.2 Library Based Approaches 8
2.2 Software Driver 10
2.2.1 Linux作業系統下裝置分類 10
2.2.2 驅動程式的設計步驟 10
2.3 Configurable Interface Design Methodology 11

三、AMBA compliant device design 12
3.1 AMBA規格概述 12
3.2 AMBA AHB簡介 13
3.2.1 概觀 13
3.2.2 AHB匯流排連接(bus interconnection) 15
3.2.3 基本傳送 15
3.2.4 控制訊號 17
3.2.5 僕端的反應(Slave Response) 19
3.2.6 仲裁(Arbitration) 21
3.3 APB簡介 21
3.3.1 APB概觀 22
3.3.2 讀的傳送(Read Transfer) 23
3.3.3 寫的傳送(Write Transfer) 23
3.3.4 APB僕端與APB橋接器 24
3.4 AMBA Bridge design 25

四、VCI compliant device design 27
4.1 VCI的特性 27
4.1.1 VCI的定義 27
4.1.2 VCI的使用方式 28
4.2 Peripheral VCI 30
4.2.1 Technical Introduction to Peripheral VCI 30
4.2.2 PVCI Protocol 32
4.3 Basic VCI 34
4.3.1 Technical Introduction to Basic VCI 34
4.3.2 Basic VCI Protocol 37
4.4 Advanced VCI 39
4.4.1 Technical Introduction to Advanced VCI 39
4.4.2 Advanced VCI Protocol 41
4.5 VCI specification analysis 42
4.6 VCI Interface design 43

五、可組態介面模組設計 44
5.1 表示符號與設計流程 44
5.2 介面合成演算法(Interface Synthesis Algorithm) 47
5.3 Algorithm extension 50
5.4 實例說明--AHB Master to BVCI Target 51
5.5 可組態模組設計 56
5.6 Simulation results for synthesized interface 57
5.7 Synthesized results and comparison 58

六、HW/SW 自動耦合技術 59
6.1 自動耦合技術設計流程 59
6.2 Interface/Driver產生系統 60
6.3 Interface產生系統核心 61
6.4 Driver產生系統核心 62

七、實現平台介紹 64
7.1 Hardware aspect 64
7.1.1 EXCALIBUR EPXA1之元件介紹 64
7.1.2 EPXA1之JUMP SETTING與工作頻率 66
7.1.3 Excalibur 系統架構 67
7.1.4 多匯流排結構 69
7.2 Software aspect 70
7.2.1 SOPC Builder 70

八、實現範例 73
8.1 影像擷取 73
8.1.1 CMOS image sensor control設計 75
8.2 記憶單元—Dual Port RAM 76
8.3 影像顯示 77
8.4 IP與系統之整合 78

九、結論與未來工作 79

十、參考文獻 80
[1]”SOC業者比整合、比速度EDA/SIP是重點所在”, IC Design,2004/03,P.15-21
[2]”SOC產業透視研討會“紀實,IC Design,2001/03 P.95-102
[3] A. Rajawat, M. Balakrishnan, A. Kumar, “Interface synthesis : issues and approaches.”, VLSI Design, 2000. 13th International conference on 2000, pp.92-97.
[4] J. Smith and G. D. Micheli. “Automated composition of hardware components.” In Proc. of 35th DAC, 1998.
[5] R. Passerone, J. A. Rowson, and A. Sangiovanni- Vincentelli. “Automatic synthesis of interfaces between in-compatible protocols.” In Proc. of 35th DAC, 1998.
[6] S. Narayan and D. D. Gajski. “Synthesis of system-level bus interfaces.” In Proc. 1994.
[7] J. M. Daveau, G. F. Marchioro, T. Ben-Ismail, and A. A. Jerraya. “Protocol selection and interface generation for hw-sw codesign.” IEEE Tr. On VLSI Systems, 5(1):136-144, March 1997.
[8] P. V. Knudsen and J. Madsen. “Integrating communicating protocol selection with partitioning in hardware/software co-design.” In Proc. of ISSS, 1998.
[9]J. Madsen and B. Hald. An approach to interface synthesis. In Proc. of 8th ISSS, pages 16-21, 1995
[10] Alessandro Rubini, LINUX DEVICE DRIVER, O’reilly, January 2000
[11] “AMBATM Specification Rev. 2.0”, May 13, 1999.
[12] “VSI AllianceTM Virtual Component Interface Standard OCB 2 2.0”, Aug 24, 2000.
[13] V. D’Silva, S. Ramesh, A. Sowmya, “Bridge over troubled wrappers: Automated interface synthesis,” in Proc. of the Int’l Conf. on VLSI design, 2004, pp. 189-194
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