应用于变频控制领域的可支持硬件互连触发机制的PWM模块的设计与研究

摘要

随着集成电路设计的快速发展，SoC技术逐渐成为了主流的集成电路设计技术，而IP核技术的出现也推动了SoC的进一步发展。SoC中集成有不同IP核，以使用在各种不同的工作领域上。为了在满足电力电子方面脉冲宽度调制(PWM)的需求的基础上，还可应用在更多的其他领域中，本文设计了一种可应用于变频控制领域中且基于硬件互连触发机制的PWM IP模块。对比传统的通用PWM核，该模块具有更强的适用性、更高的可配性以及更好的实时性等。
　　本文首先介绍了变频控制SoC的整体架构，在SoC基础上延伸描述了CK803S处理器的结构特性和AMBA总线规范中的APB总线，还另外介绍了其他的辅助IP模块（比如ETB和SPI）的特点和工作行为。接着，重点阐述了PWM核的总体结构和各个子模块的RTL级设计过程与实现原理，还给出了一个具体的关于PWM的实用案例，然后还提出了该PWM的创新点:硬件互连触发机制和资源共享。然后，根据验证方法学，对PWM核分别进行了仿真验证和FPGA验证，仿真验证采用的是Synopsys公司的VCS工具，FPGA验证是在Vertex-5 FPGA板子上，利用GDB调试工具，再结合了逻辑分析仪和示波器等测试工具，最后分别得出了验证结果，经过分析检验，可推导出其满足了预期中的功能和时序需求。最后，着重阐述了PWM核的逻辑综合的整个流程，并且还针对工艺库文件和约束文件进行了解读，得到综合结果后，不仅分析了时序效果，还对PWM的面积和各种模式下的功耗情况进行了详细的评估，最终实现了时序收敛，且面积和功耗情况均可达到可接受水平。最后还简要介绍了可测性设计的相关技术。
　　本文主要描述了一个PWM核的前端设计过程，在解决了通用PWM模块不足之处的基础上，还实现了功能更加强大的、极具个性化且又可应用在多种领域中的PWM模块。虽然本设计可能还存在某个潜在缺陷，但总体来说，该PWM模块不仅实现了基本的PWM输出信号，还可根据用户对寄存器进行编程配置，选择其他的工作模式，比如输入捕获工作模式或者输出比较工作模式，体现了较高的适应性和灵活性等特点，而且还可跟其他IP进行互连触发通信，以支持快速的实时性。本设计的目的是提供一款可满足多种功能需求，可配置性高以及性能突出的PWM IP核。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外技术发展现状

1．3 本文主要研究内容与结构

1．4 本章小结

第二章 变频控制SoC环境

2．1 SoC技术

2．1．1 SoC设计方法学

2．1．2 SoC设计流程

2．2 变频控制SoC的整体架构

2．2．1 片上总线

2．2．2 处理器

2．3 IP核技术

2．4 其他辅助IP核的介绍

2．4．1 事件触发模块

2．4．2 SPI模块

第三章 PWM IP模块的设计

3．1 IP核的设计

3．1．1 IP核的设计流程

3．1．2 IP核的编码风格

3．2 PWM IP模块的总体设计

3．2．1 子模块的设计与实现

3．2．2 PWM模块的应用实例

3．3 设计的创新点

3．3．1 硬件互连触发机制

3．3．2 PWM模块内的资源共享

第四章 PWM IP模块的验证

4．1 验证技术

4．1．1 验证手段

4．1．2 验证流程

4．2 验证环境

4．3 仿真验证

4．4 FPGA验证

4．4．1 FPGA的验证平台

4．4．2 验证过程

第五章 PWM IP模块的逻辑综合以及可测性设计

5．1 逻辑综合

5．1．1 库文件的设置

5．1．2 约束文件

5．1．3 面积报告

5．1．4 功耗分析

5．2 可测性设计技术的简介

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的科研项目

声明

致谢