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DSP集成电路设计与研究
作 者: 徐海铭
导 师: 陶建中
学 校: 江南大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 数字信号处理 接口 先进先出 状态机 分频器
分类号: TP368.11
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)是一种新型结构特殊的高性能微处理器,特别适用于信号处理、通信、语音处理、图像/图形、军事、仪器仪表、自动控制、医疗和家用电器等方面,并以其强大的处理能力和高度的灵活性迎合了信号处理对实时性、高速性和精确性的要求,因而取得了突飞猛进的发展。本文主要针对32位高速DSP开展工作,完成了外围模块部分的串行同步接口SPI研究与设计。SPI(Serial Peripheral Interface)串行外设接口总线是一种同步全双工串行通信接口总线,广泛应用到EEPROM、外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器、MCU、实时时钟和数字信号解码器等场合。本文的工作就是根据业界通用的SPI总线的标准,设计一种具有高可靠性高速SPI总线。利用硬件描述语言具体设计完成了SPI中一些重要组成部分,像同步时钟逻辑模块设计、异步时钟逻辑模块设计、数据收发设计和时序信号检测设计。其中在设计过程中充分考虑了实际中数据信息剧增给内核CPU的处理带来的负担,所以本文提出在SPI内部增加两个16字深FIFO缓存器的设计方法,极大地提高了接收和发送数据的速度,降低了CPU的开销量,减少了接收、发送中断次数,提高了串口传输效率。在此基础上增加了一个延时传送功能,即发送数据的速度是可控可调的。优化了数据传输方式,从而进一步提高数据传输的可靠性能,具有实际的应用价值。本文运用的Verilog HDL语言实现设计,在Cadence公司的NC-Verilog&Verilog-XL仿真软件上仿真验证。文章不仅对SPI中的各个小模块进行了仿真验证,还对整个SPI进行了系统仿真,最后根据数字信号集成电路版图设计规则,实现了高速串行外设接口核心电路的版图设计。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-7 第一章 绪论 7-10 1.1 DSP 研究背景和意义 7-8 1.2 DSP 国内现状 8-9 1.3 研究工作主要内容及本文结构安排 9-10 第二章 DSP 处理器体系结构 10-19 2.1 DSP 处理器概述 10-12 2.2 中央处理器 12-16 2.2.1 运算部分 12-14 2.2.2 控制部分 14-16 2.3 存储器和I/O 空间 16 2.4 总线结构 16-18 2.4.1 内存总线 17 2.4.2 外设模块总线 17-18 2.5 本章小结 18-19 第三章 高速同步串行接口的系统级设计 19-29 3.1 总线概述 19-23 3.1.1 串行总线与并行总线的比较 19-20 3.1.2 SPI 总线与其他串行总线的比较 20-23 3.2 SPI 体系结构 23-27 3.2.1 SPI 体系的主要特性 23-24 3.2.2 SPI 的典型结构 24-25 3.2.3 SPI 的时钟模式 25-26 3.2.4 SPI 中断 26-27 3.3 SPI 模块新增功能 27-28 3.3.1 FIFO 介绍 27 3.3.2 FIFO 基本功能 27-28 3.3.3 增加 FIFO 目的和意义 28 3.4 本章小结 28-29 第四章 SPI同步串行接口的Verilog HDL设计 29-56 4.1 SPI 模块设计流程 30-32 4.2 同步时钟逻辑模块设计 32-48 4.2.1 有限状态机的设计 32-36 4.2.2 同步先进先出(FIFO)设计 36-42 4.2.3 分频器(Divider)设计 42-47 4.2.4 仲裁器(Arbiter)设计 47-48 4.3 异步时钟逻辑设计 48-52 4.3.1 亚稳态设计 48-49 4.3.2 异步先进先出FIFO 设计 49-52 4.4 数据收发设计 52-54 4.5 时序信号检测设计 54 4.6 本章小结 54-56 第五章 仿真验证和版图设计 56-66 5.1 仿真验证 56-61 5.1.1 模块仿真 56-59 5.1.2 系统仿真 59-61 5.2 版图设计 61-63 5.2.1 版图的整体布局规划 61-62 5.2.2 布局布线 62 5.2.3 屏蔽 62 5.2.4 互联 62-63 5.3 芯片的ESD 防护 63-65 5.4 本章小结 65-66 第六章 总结与展望 66-68 6.1 总结 66 6.2 展望 66-68 致谢 68-69 参考文献 69-73 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 73
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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