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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。

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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