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FT-C55 LP外部存储器接口的设计与实现

作　者: 刘宗福
导　师: 孙永节
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 数字信号处理器外部存储器接口异步FIFO 异步存储器 SBSRAM SDRAM 读写归并
分类号: TP333.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 30次
引　用: 3次
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内容摘要

在大多数基于DSP的嵌入式应用中,DSP芯片有限的片内存储器容量往往使得设计人员感到捉襟见肘。特别在数字图像处理、语音处理等应用场合,需要有高速大容量存储空间的强力支持,来满足系统对大量数据吞吐的要求。因此,需要外接存储器来扩展DSP的存储空间。不过,这些存储器芯片的接口复杂,不能和DSP实现无缝连接,给使用造成很大的不便。本文根据FT-C55LP DSP扩展存储空间和引导加载程序的要求,设计了片上外部存储器接口的软核,使FT-C55LP DSP可以无缝的连接异步存储器、SBSRAM存储器和SDRAM存储器,DSP的片内设备通过系统总线访问EMIF,EMIF将请求按规定的时序分发给各存储器。在本文的设计方案中,采用了异步FIFO、基于令牌轮转的优先级仲裁、寄存器地址的分级译码等关键技术,对总线接口、总线仲裁、RAM控制器等模块进行了设计。总线接口部分定义了EMIF和7条系统总线之间的交互协议;总线仲裁部分定义了对于总线请求的仲裁算法;RAM控制器实现了异步、SBSRAM和SDRAM三个存储控制器,将访问外部存储器的请求按规定的时序发送出去。在本文的设计中体现了低功耗和高速度的原则,对外部存储器接口的功耗和速度作了优化。对外部存储器接口进行了RTL级验证。验证过程中,本文采用自底向上(bottom-up)的验证方案,在建立的验证平台的基础上,外接工业标准存储器的Verilog软核,分模块级、部件级和系统级三个层次进行功能验证。结果表明设计的外部存储器接口功能正确,具有很好的兼容性,能够和工业标准的存储器无缝连接,满足设计需求。最后,鉴于在嵌入式应用中存储系统的功耗所占比例越来越大,本文给出了外部SDRAM存储系统的优化设计方案,采用读写归并和动态监测总线利用率的方法降低功耗,并对设计的方案进行了分析。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章引言  12-18
  1.1 DSP 概述  12-16
    1.1.1 DSP 特点及发展趋势  12-14
    1.1.2 DSP 存储体系的特点  14-15
    1.1.3 DSP 和外部存储器的连接  15-16
  1.2 课题研究背景  16
  1.3 本文完成的主要工作  16-17
  1.4 本文的结构  17-18
第二章外部存储器接口系统架构  18-32
  2.1 FT-C55LP 的存储结构  18-19
  2.2 FT-C55LP 的存储空间  19-22
  2.3 外部存储器接口功能  22-25
  2.4 DSP 通过外部存储器接口访存的协议  25-29
    2.4.1 EMIF 和DSP 的交互协议  25-27
    2.4.2 EMIF 和存储器的交互协议  27
    2.4.3 DSP 通过EMIF 访问存储器  27-29
  2.5 外部存储器接口的内部结构  29-30
  2.6 本章小结  30-32
第三章外部存储器接口设计中的关键技术  32-43
  3.1 控制信号在不同时钟域的转换  32-34
  3.2 基于异步 FIFO 的 Buffer 的设计  34-39
    3.2.1 异步FIFO 空/满状态的判断  35-36
    3.2.2 用格雷码实现读写指针  36-38
    3.2.3 同步器的实现  38-39
    3.2.4 不精确的FULL 和EMPTY 信号  39
  3.3 基于令牌轮转的优先级仲裁算法  39-41
  3.4 缓存写数据操作  41-42
  3.5 寄存器地址的分级译码  42
  3.6 本章小结  42-43
第四章外部存储器接口主要功能块的设计  43-74
  4.1 EMIF 与DSP 的各接口模块的设计  43-44
    4.1.1 和程序总线的接口  43
    4.1.2 和数据总线的接口  43-44
    4.1.3 和DMA 的接口  44
  4.2 异步存储控制器  44-53
    4.2.1 异步存储器的特点  44-45
    4.2.2 异步存储控制器功能  45-48
    4.2.3 异步存储控制器的设计  48-53
  4.3 同步存储控制器  53-54
  4.4 SBSRAM 控制器  54-59
    4.4.1 SBSRAM 的特点  54-55
    4.4.2 SBSRAM 控制器功能  55-56
    4.4.3 SBSRAM 控制器的设计  56-59
  4.5 SDRAM 控制器  59-73
    4.5.1 SDRAM 存储器的特点  59
    4.5.2 SDRAM 控制器功能  59-62
    4.5.3 EMIF 和SDRAM 的连接  62-64
    4.5.4 SDRAM 控制器的设计  64-70
    4.5.5 SDRAM 控制器的应用实例  70-72
    4.5.6 SDRAM 性能分析  72-73
  4.6 本章小结  73-74
第五章外部存储器接口功能验证  74-85
  5.1 验证方案  74-76
  5.2 验证平台  76-77
  5.3 功能验证  77-83
    5.3.1 总线接口与总线仲裁的测试  78-80
    5.3.2 异步存储控制器的测试  80-81
    5.3.3 SBSRAM 控制器的测试  81
    5.3.4 SDRAM 控制器的测试  81-83
  5.4 覆盖率分析  83-84
  5.5 本章小结  84-85
第六章 EMIF 的优化设计  85-92
  6.1 SDRAM 功耗来源的特点  85-87
  6.2 优化设计方案  87-91
    6.2.1 采用块读的I-Cache  87-89
    6.2.2 写后缓冲区的设计  89-90
    6.2.3 动态监测总线利用率  90-91
  6.3 优化后的EMIF 的性能分析  91-92
第七章结束语  92-94
  7.1 全文工作总结  92
  7.2 未来工作展望  92-94
致谢  94-95
参考文献  95-97
作者在学期间取得的学术成果  97

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