PCI IP核及PCI接口芯片设计技术的研究
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摘要
PCI(Peripheral Component Interconnect)总线是近年来出现的一个面向多媒体技术的优秀总线，它凭借许多高端性能而成为PC机局部总线的首选。PCI总线接口电路的设计方法是PC机超大规模集成电路设计部门所面临的挑战性课题。
本文基于国家信息产业部项目“嵌入式32位微处理器开发及产业化”(项目编号：信运部[2001]900号)和合肥工业大学微电子设计研究所承接的设计服务项目“PCI接口信息安全芯片开发”。
论文的主要工作和取得的成果如下：
1．制定了从PCI内侧总线协议。内侧协议中包含了PCI总线接口三级缓存的考虑，三级缓存的设计提高了PCI总线接口的数据传输速度、节约了使用PCI总线的时间。
2．讨论了从PCI IP(Intellectual Property)核的设计方法。提出了基于多状态机结构的从PCI设计方法。算法级设计中还包含了异常情况下状态机软着陆、三级缓存等设计技巧，这些设计技巧对其他大型接口电路的设计有直接的借鉴意义。
3．讨论了从PCI内侧协议与符合PVCI(Peripheral Virtual Component Interface)标准外设总线的接口综合技术。提出了基于状态机的接口封装技术。
4．讨论了PCI接口AD双向总线及PCI接口读操作时序的特性。提出了PCIAD总线再复用模型。该模型不仅可以保证功能正确，而且节约了32根管脚资源，进而缩小了芯片面积、降低设计成本。
5．讨论了EPROM／EEPROM的读写时序。提出了基于状态机的参数化接口模型。
本文研究的从PCI IP软核、从PCI内侧协议与PVCI标准外设总线的接口综合技术通过了FPGA(Field Programmable Gate Arrays)功能验证。本文研究的PCI接口AD总线再复用模型、PCI接口信息安全芯片通过了ASIC(Application Specific Integrated Circuit)流片验证。
PCI (Peripheral Component Interconnect) bus, which has been the first chosen in recent years for PC local bus because of its high performance, is an excellent bus for multimedia. It is a challenge for R&D department of VLSI to design a PCI bus interface.
This dissertation is supported by the following projects: the project of "The Development and Commercial Usage of Embedded 32-bit MCU" from MII and the project of "The Development of Security Chip Based on PCI IP" from the Institute of VLSI Design, Hefei University of Technology.
The main work and achievements are as follows:
1. PCI Slave bus protocols on the inner of the PCI interface is established The inner protocol includes the consideration of three level data buffer. The design of three level data buffer will increase the data transfer speed of PCI and decrease the using time of PCI.
2. The methodology of designing the PCI bus interface IP core is discussed. A design method of PCI Slave IP which based on multi-state machine structure is proposed. The measurement for transaction safety and data buffering are valid for other large interface circuit design.
3. The automatic synthesis of interface between PCI inner protocol and PVCI (Peripheral Virtual Component Interface) is discussed. A design method of interfacing which based on state machine structure is proposed.
4. On the base of investigating the properties of PCI address/data bus and the sequence of read, a re-use model of PCI address/data bus is proposed. The model is not only working perfectly, but also reducing the pin resource, die size and costs.
5. The methodology of interfacing with EPROM/EEPROM is discussed. An interfacing model with parameter timing is proposed.
The contents of the dissertation has been verified by FPGA ( Field Programmable Gate Arrays) . The model for re-use PCI address/data bus and the chip for PCI bus security have been verified by ASIC.
本文基于国家信息产业部项目“嵌入式32位微处理器开发及产业化”(项目编号：信运部[2001]900号)和合肥工业大学微电子设计研究所承接的设计服务项目“PCI接口信息安全芯片开发”。
论文的主要工作和取得的成果如下：
1．制定了从PCI内侧总线协议。内侧协议中包含了PCI总线接口三级缓存的考虑，三级缓存的设计提高了PCI总线接口的数据传输速度、节约了使用PCI总线的时间。
2．讨论了从PCI IP(Intellectual Property)核的设计方法。提出了基于多状态机结构的从PCI设计方法。算法级设计中还包含了异常情况下状态机软着陆、三级缓存等设计技巧，这些设计技巧对其他大型接口电路的设计有直接的借鉴意义。
3．讨论了从PCI内侧协议与符合PVCI(Peripheral Virtual Component Interface)标准外设总线的接口综合技术。提出了基于状态机的接口封装技术。
4．讨论了PCI接口AD双向总线及PCI接口读操作时序的特性。提出了PCIAD总线再复用模型。该模型不仅可以保证功能正确，而且节约了32根管脚资源，进而缩小了芯片面积、降低设计成本。
5．讨论了EPROM／EEPROM的读写时序。提出了基于状态机的参数化接口模型。
本文研究的从PCI IP软核、从PCI内侧协议与PVCI标准外设总线的接口综合技术通过了FPGA(Field Programmable Gate Arrays)功能验证。本文研究的PCI接口AD总线再复用模型、PCI接口信息安全芯片通过了ASIC(Application Specific Integrated Circuit)流片验证。
PCI (Peripheral Component Interconnect) bus, which has been the first chosen in recent years for PC local bus because of its high performance, is an excellent bus for multimedia. It is a challenge for R&D department of VLSI to design a PCI bus interface.
This dissertation is supported by the following projects: the project of "The Development and Commercial Usage of Embedded 32-bit MCU" from MII and the project of "The Development of Security Chip Based on PCI IP" from the Institute of VLSI Design, Hefei University of Technology.
The main work and achievements are as follows:
1. PCI Slave bus protocols on the inner of the PCI interface is established The inner protocol includes the consideration of three level data buffer. The design of three level data buffer will increase the data transfer speed of PCI and decrease the using time of PCI.
2. The methodology of designing the PCI bus interface IP core is discussed. A design method of PCI Slave IP which based on multi-state machine structure is proposed. The measurement for transaction safety and data buffering are valid for other large interface circuit design.
3. The automatic synthesis of interface between PCI inner protocol and PVCI (Peripheral Virtual Component Interface) is discussed. A design method of interfacing which based on state machine structure is proposed.
4. On the base of investigating the properties of PCI address/data bus and the sequence of read, a re-use model of PCI address/data bus is proposed. The model is not only working perfectly, but also reducing the pin resource, die size and costs.
5. The methodology of interfacing with EPROM/EEPROM is discussed. An interfacing model with parameter timing is proposed.
The contents of the dissertation has been verified by FPGA ( Field Programmable Gate Arrays) . The model for re-use PCI address/data bus and the chip for PCI bus security have been verified by ASIC.
引文
[1] 王阳元张兴，21世纪初微电子技术的发展趋势，中国科技月报，1998．7
[2] 孙秀平，微电子技术及其发展，现代物理知识，2002年
[3] 张伟，迎接北京奥运走向产业全球化，半导体技术，2003年
[4] 费伟彬罗鄂湘钱省三，国外半导体集成电路景气研究浅析，半导体技术，2003
[5] 曾繁泰 陈美金 沈卫红 曾鸣，EDA工程方法学，清华大学出版社，2003．6
[6] 许诺，模拟IP的设计与SOC系统集成，合肥工业大学硕士学位论文，2003．4
[7] 唐世庆，协处理器设计技术的研究，合肥工业大学硕士学位论文，2003．4
[8] 彭辉文于新王秀红，超大规模集成电路系统设计方法综述，电脑学习，2000．4
[9] 徐善锋初秀琴李玉山来金泉，21世纪微电子芯片设计技术发展方向，微电子学，2001．10
[10] 韩俊刚，系统芯片的混合验证方法，西安邮电学院学报，2002．3
[11] 金中，世界系统芯片未来大趋势，电子产品世界，2000．4
[12] 高明伦 张溯 刘聪，SOC中IP重用技术与IP标准化，中国集成电路，2001年第12期
[13] 吴洪江，SOC的现状与发展，半导体情报，2001年第4期
[14] 金湘亮陈杰等，基于IP核复用的SOC设计，半导体技术，2002年第4期
[15] 张镇魏同立，基于IP模块的片上系统设计，电子器件，2002年第2期
[16] 夏宇闻，复杂系统数字电路与系统的Verilog HDL设计技术，北京航空航天大学出版社，1998年
[17] 陆重阳 卢东华 文爱军，IP技术在SOC中的地位及应用，微电子技术，2002．8
[18] 金西 丁文祥，RISC结构的IP核验证与测试，半导体技术，2003
[19] 魏少军，SOC设计方法学，电子产品世界，2001．6A
[20] 张长隆 欧建平 张在德，PCI总线接口技术及其在雷达数据采集通道中的作用，微处理机，2000．2
[21] 蔡金青，功能验证和MCU软核测试技术的研究，合肥工业大学硕士学位论文，2003．4
[22] Semiconductor Reuse Standard, Ver. 3.0, Motorola, Apr. 2001
[23] Massimiliano Corba，可配置系统级验证环境加速SOC开发，电子设计应用，2004．2
[24] 褚振勇 翁木云，FPGA设计及应用，西安电子科技大学出版社
[25] 孙富明 李笑盈，ASIC设计中的仿真与验证
[26] 徐志军 徐光辉，CPLD／FPGA的开发与应用，电子工业出版社，2002
[27] 任艳颖 王彬，IC设计基础，西安电子科技大学出版社，2003年
[28] 张宝菊 孙景瑞 刘艳，微型计算机PCI总线浅析，天津师范大学学报，2001．3
[29] 唐玉华，PCI总线的传输协议概述，计算机工程与科学，1998．5
[30] 李贵山 戚德虎，PCI局部总线，西安电子科技大学出版社，2000．11
[31] 高明伦，Verilog与PC机接口电路设计，安徽科学技术出版社，2002．12
[32] 尹香兰 肖世平，PCI总线接口芯片9050及其应用，21IC中国电子网，2003．12
[33] VSI Alliance Virtual Component Interface Standard, Version 2, VSIA OCB DWG, Apr. 2002
[34] 张振，CLB-PVCI总线桥的设计，合肥工业大学硕士学位论文，2004．4
[35] Su Zhang, Minglun Gao etc., An Approach to PVCI Based Wrapper Design, Proc .of the 5th IEEE ASICON,2003
[36] J.A.Rowson, A.Sangiovanni-Vincentelli, Interface-Based Design, Proc. Of the 34th DAC,1997
[37] 张溯，集成电路工程学及IP评测技术的研究，合肥工业大学硕博士学位论文，2004．4
[38] http://www.palmchip.com/glossary.html
[39] 张振 杨羽 张溯 胡永华，一种基于PVCI的总线封装设计，微处理机
[40] 杨盛光 林大隽等，基于状态机的IIC总线接口封装，全国第15届计算机科学与技术应用学术会议
[41] DOSKEY IEE，硬盘保护卡的原理分析
[42] 林大隽 刘加峰 周干民，基于状态机的ROM接口电路模型，微机发展，2004年第9期
[43] 张溯 胡永华 高明伦，状态机与多时钟体系结构的异同，微电子学与计算计，2001．3
[44] 周干民 王锐 高明伦，存储器仿真的设计，微电子学与计算计，2001．3
[45] 128KX8 CMOS FLASH MEMORY, Winbond,2001
[2] 孙秀平，微电子技术及其发展，现代物理知识，2002年
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[27] 任艳颖 王彬，IC设计基础，西安电子科技大学出版社，2003年
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[42] 林大隽 刘加峰 周干民，基于状态机的ROM接口电路模型，微机发展，2004年第9期
[43] 张溯 胡永华 高明伦，状态机与多时钟体系结构的异同，微电子学与计算计，2001．3
[44] 周干民 王锐 高明伦，存储器仿真的设计，微电子学与计算计，2001．3
[45] 128KX8 CMOS FLASH MEMORY, Winbond,2001