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AMBA2.0在MPEG-2 DECODER芯片中的实现及软硬件协同验证

作　者: 童佳杰
导　师: 于忠臣
学　校: 北京工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 片上系统 架构设计 AMBA2.0 仲裁方案
分类号: TN407
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着集成电路设计技术的发展和芯片集成度的提高,特别是当嵌入式的SOC(System on Chip)芯片设计已经占数字芯片设计相当大比例的时候,传统的ASIC(Application Specific Integrated Circuit)设计方法已经不能满足系统设计复杂性和上市时间紧迫性的要求。数字芯片设计方法由单纯的功能实现向模块化的IP核设计,SOC系统集成方向发展。其设计的难点也逐渐从功能模块的设计转向评估,验证和集成软硬件模块。SOC芯片中集成了CPU,DMA,各功能子模块等。如何用一种切实有效的方法将这些模块很好的结合起来,满足系统的要求,同时又不以更大的面积和功耗作为代价,一直是摆在芯片设计工程师面前的一道难题。本文用BTV3000芯片的设计为范例,讨论和分析了SOC设计的方法和过程。在SOC的设计过程中,首先是市场化的分析和定位。寻求一种值得开发和期待的SOC芯片的总体性功能和开发的目标。确定开发目标后,可以对系统的子模块有一个基本意义上的认识。同时可以分析出各个子模块和CPU等IP核在工作时其数据的吞吐量,由此确定采用什么样的总线结构和访问方式。本文将会对各个模块在正常工作时所需数据量的大小做定量分析,以此作为总线设计的关键性依据。BTV3000是一块基于数字电视码流的解码芯片。在对MPEG2解码IP核,解复用IP核,等众多关键性IP核在正常工作时所需数据量的大小做定量分析的基础上,采用怎么样的方式,能够很好的解决系统访问冲突,在不增加面积和功耗的基础上用最小的代价完成最优化的总线结构设计是本文要介绍的重点。SOC系统的验证一直是困扰业界的一个难题。本文在最后将会介绍Mentor公司的Seamless工具作为软硬件协同仿真的验证平台,验证整个总线设计过程中的系统功能的实现本课题的研究意义在于,通过对数字电视解码系统研究,设计出一套适合标清数字电视,同时能支持高清数字电视的SOC架构设计方案。同时,由于本文的分析基于多媒体领域,能够在一定程度上为其他的多媒体芯片设计提供一定的借鉴意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-12
    1.1.1 数字电视以及数字电视机顶盒的发展概况  8-9
    1.1.2 数字电视信源解码芯片的发展状况  9-10
    1.1.3 芯片设计与SOC 设计方法学  10-11
    1.1.4 MPEG-2 标准简介  11-12
  1.2 课题来源  12
  1.3 研究内容及本文的结构  12-14
    1.3.1 研究的内容  12-13
    1.3.2 本文的结构  13-14
第2章 MPEG-2 标准信道解码系统介绍  14-22
  2.1 MPEG-2 的视频压缩编码技术简介  14-17
    2.1.1 MPEG-2 相关标准简介  14-15
    2.1.2 MPEG-2 系统中的编码方式  15-17
    2.1.3 MPEG-2 的解码过程  17
  2.2 MPEG-2 信源解码芯片的系统需求分析和设计目标  17-19
  2.3 BTV3000 中的主要模块划分  19-20
  2.4 本章小结  20-22
第3章 系统资源需求分析  22-30
  3.1 视频解码模块的整体结构设计  22
  3.2 变长码解码模块的数据流量  22-23
  3.3 运动补偿模块的系统资源需求  23-26
    3.3.1 运动补偿模块中数据处理时钟的计算  24-25
    3.3.2 运动补偿模块中总线数据流量计算  25-26
  3.4 BTV3000 主要模块对数据读写需求  26-27
  3.5 本章小结  27-30
第4章 BTV3000 中的CPU 和存储器  30-42
  4.1 BTV3000 中的CPU 核  30-35
    4.1.1 采用ARM 系列CPU 的原因  30-31
    4.1.2 CPU 选择具体分析  31-33
    4.1.3 高速缓冲器Cache  33-34
    4.1.4 主控处理器和协处理器之间的结构关系  34-35
  4.2 BTV3000 中的存储器  35-39
    4.2.1 SDR/DDR 的容量计算  35-36
    4.2.2 SDR/DDR 的存储器的选择  36-38
    4.2.3 存储器控制模块的选择  38-39
  4.3 本章小结  39-42
第5章 BTV3000 的总线结构  42-56
  5.1 AMBA 2.0 介绍  42-44
    5.1.1 AHB 总线简介  43-44
    5.1.2 APB 总线简介  44
  5.2 AHB 总线结构设计  44-48
    5.2.1 AHB 的典型结构  44-46
    5.2.2 采用单层总线结构的解码芯片总线架构  46-47
    5.2.3 BTV3000 的总线结构  47-48
  5.3 总线宽度和频率设定  48-50
  5.4 总线仲裁方式的设计  50-54
    5.4.1 总裁方式简介  50-51
    5.4.2 系统总线的总裁方式设计  51-53
    5.4.3 数据总线的仲裁方式设计  53-54
  5.5 本章小结  54-56
第6章 SEAMLESS 环境下的软硬件协同验证  56-64
  6.1 Seamless 验证环境介绍  56-57
  6.2 BTV3000 的软硬件协同仿真环境  57-60
    6.2.1 工具环境  57-58
    6.2.2 BTV3000 的硬件配置  58
    6.2.3 BTV3000 的软件配置  58-59
    6.2.4 测试码流的组成  59-60
  6.3 仿真结果  60-62
    6.3.1 硬件仿真结果  60
    6.3.2 软件仿真结果  60-61
    6.3.3 总线资源占用率分析  61-62
  6.4 本章小结  62-64
结论  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 测试和检验
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