基于AMBA总线协议的可编程DMA控制器的设计与实现

摘要

SoC(System-on-a-Chip)由于相对较低的电子系统开发成本、较短的开发周期，成为集成电路芯片重要的开发方式。随着AMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)总线以及ARM微处理器的广泛使用，AMBA总线协议在SoC设计中被普遍采用。DMA(DirectMemoryAccess)作为一种快速传送数据的机制，支持不同速度的存储器和外设之间直接传送数据，能显著提高系统的并行能力。论文旨在设计一款基于AMBA总线接口的DMA控制器，该控制器能够为SoC系统各设备提供较高的数据传输速率，并且具有灵活的可配置性。　　论文首先明确DMA控制器的特性规划，在此基础上完成DMA控制器的总体设计和模块划分，然后采用自顶向下的设计方式依次完成DMA控制器的主机接口、从机接口、通道仲裁器、中断接口、外设握手接口、通道源端控制、通道终端控制和通道链表项控制这些子模块设计。　　该设计拥有两套AXI(Advanced eXtensible Interface)主机传输接口，一个AHB(AdvancedHighPerformanceBus)从机配置接口，8个可单独配置的传输通道，并且通道优先级可以进行配置，支持内存到内存、内存到外设、外设到外设和外设到内存的传输模式，拥有连续型、重载型、影子寄存器型和链表项型块传输方式，拥有仲裁机制和中断机制。　　在完成DMA控制器代码编写的工作后，基于Cortex-M3内核物联网芯片验证平台对DMA控制器进行系统级的功能验证，验证结果表明DMA控制器的传输接口、配置接口、传输模式、传输方式、仲裁机制和中断机制达到了预期的功能指标。

目录

声明

第1章绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外的发展与现状

1.2.1 SoC 技术的发展与现状

1.2.2 AMBA 总线的发展与现状

1.2.3 DMA 控制器的发展与现状

1.3 论文的设计方向与内容编排

第2章 AMBA 总线协议介绍

2.1 AXI 总线协议介绍

2.1.1 AXI 总线协议特点

2.1.2 AXI 总线的基本架构

2.1.3 接口和互联架构

2.1.4 通道及其信号介绍

2.1.5 AXI 总线的基本读写交易

2.2 AHB 总线协议介绍

2.2.1 AHB 总线协议特征介绍

2.2.2 AHB 总线的信号介绍

2.2.3 AHB 传输

2.3 小结

第3章 DMA 控制器总体设计

3.1 DMA 控制器特性规划

3.1.1 通用特性

3.1.2 通道特性

3.2 DMA 控制器的传输层次结构

3.3 DMA 控制器的顶层结构设计

3.4 DMA 控制器子模块工作原理介绍

1）基于AXI 总线的主机接口模块

2）基于 AHB总线的从机接口模块

3）通道 仲裁器模块

4）寄存器 接口 模块 的工作原理

5）传输 通道 到主机 接口 的多路 复用器模块

6）传输 通道到主机接口的 解复用器 模块

7）握手 接口模块

8）中断 接口模块

9）公共 寄存器模块

10）通道 寄存器模块

11）通道 源端控制 模块

12）通道 终端 控控制 模块

13）通道链表项 控制 模块

3.5 寄存器描述

3.5.1 公共寄存器

3.5.2 通道寄存器

3.6 DMA 块传输类型

3.7 小结

第4章 DMA 控制器各子模块的设计

4.1 AXI 接口设计

4.1.1 AXI 接口信号介绍

4.1.2 数据流向

4.2 基于 AHB 总线的从机接口设计

4.2.1 接口信号描述

4.2.2 状态机描述

4.3 通道仲裁器模块

4.3.1 仲裁方案

4.3.2 请求信号的生成

4.4 握手接口模块

4.5 中断接口模块

4.5.1 中断信号的产生逻辑

4.5.2 中断事件产生

4.6 通道源端控制模块设计

4.6.1 接口描述

4.6.2 通道源端控制模块状态机

4.6.3 关键逻辑描述

4.6.4 读数据打包处理

4.7 通道终端控制模块设计

4.7.1 接口描述

4.7.2 状态机描述

4.7.3 关键信号产生逻辑

4.7.4 写数据解包处理

4.8 通道链表项控制模块设计

4.8.1 接口描述

4.8.2 状态机描述

4.8.3 链表项更新请求产生逻辑

4.9 小结

第5章 DMA 控制器的仿真验证

5.1 验证平台介绍

5.2 功能仿真结果分析

1）寄存器的配置验证

2）仲裁机制验证

3）握手 接口 触发数据 传输 验证

4）中断 产生 验证

5）内存到 内存传输验证

6）链表项 传输方式验证

7）影子 寄存器传输方式验证

8）重载传输 方式验证

5.3 小结

总结

参考文献

致谢