基于OR1200的SoC无线程序加载系统设计与验证

摘要

SoC(System-on-chip)是指在一个芯片上集成完整的系统，也是现在运用很广的一种芯片设计方法之一。SoC设计不是以功能电路为基础的技术，而是以IP核为基础搭建系统，实现IP核的复用。这样能提高工作效率、节约成本、增加系统功能、减少出错率等。常见的SoC系统一般包括处理器、总线、存储模块、时钟模块和外设等。对于SoC设计来说，搭好环境后，还得有相应的一套IDE开发工具，包括装有配套开发环境的PC，电路板和连接线。开发完成后应用于嵌入式领域，一般很难支持二次开发。或者支持二次开发，但是受带开发环境的PC终端、电路板、连接线等条件的约束很不方便。因此，本论文中提出一种基于 OR1200的无线智能程序加载SoC设计方案，使得芯片能方便的实现二次开发，摆脱带开发环境的PC终端、开发板、连接线等条件的约束，增加芯片的利用率，简化二次开发流程。
　　其中OR1200是开源项目OpenRISC项目的一个子项目，采用的是Harvard结构，是32位的RISC处理器，具有免费、开源、简单、低功耗和可扩展等优点。性能上来说相当于ARM9的性能。
　　本文所述基于OR1200的SoC程序加载系统中，它至少包括处理器、只读存储器、总线仲裁模块、串行外设接口、内存模块、通用异步收发传输器、时钟模块等。Wishbone总线仲裁采用轮循机制实现主设备与从设备之间的访问。此文改变了传统的把一个程序存储在flash中，当烧录下一个程序时就会覆盖上一个程序的做法，而把flash划分成三个程序区。烧录flash时，把不同的程序放在不同的程序区。当从SPI flash启动时，程序指针首先指向只读存储器ROM里面的Bootload区，以完成程序从flash拷贝到内存，再从内存开始执行指令，实现系统的自启动。此外，本文设计在此基础上增加了Bootload的功能，即不仅能完成程序的拷贝，还能监测串口，根据收到的命令选择一个程序区的程序拷贝到内存。使得芯片封装好之后，无需接线，无需相应的IDE软件来加载程序，通过手机或带有蓝牙模块的终端就可以加载不同的程序，此设计在智能终端领域能有很好的应用。
　　基于SoC的无线智能程序加载方法步骤如下：搭建SoC系统；将加载启动代码烧录至只读存储器中；将flash存储器分区并加载不同的程序；初始化串行外设接口和通用异步收发传输器，从flash存储器中选择相应程序区实现程序到内存模块的拷贝；执行跳转命令，将处理器指向内存模块的起始位置，实现系统的自启动。通过带蓝牙功能的终端发送不同的命令即可选择flash程序区中不同的程序加载到内存模块，通过无线控制实现不同程序的加载。
　　本论文中不仅描述了一种基于OR1200的SoC程序加载方案，还实现了此方案的设计，经过EDA工具综合和仿真后，在Xilinx开发板上进行下板测试。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 传统SoC系统自启动简介

1.3 本文研究目的及主要研究内容

第2章 基于OR1200的SoC系统设计

2.1 SoC系统设计指标

2.2 软硬件平台搭建

2.3 SoC系统设计

2.4 本章小结

第3章 基于OR1200的SoC系统仿真测试

3.1 顶层测试平台的搭建

3.2 软件仿真编译过程

3.3 常用外设UART仿真测试

3.4 常用外设UART下板测试

3.5 本章小结

第4章 基于OR1200的SoC程序无线加载系统设计

4.1 引言

4.2 无线程序加载系统设计指标

4.3 系统总体结构

4.4 硬件系统设计

4.5 软件系统设计

4.6 仿真与下板测试

4.7 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、攻读硕士学位期间完成的主要工作

附件