基于AMBA总线协议的增强型DMA控制器的设计

摘要

随着计算机技术的迅猛发展，应用设备之间数据交换量和交换频率不断增大，这对内存的访问效率提出了更高的要求。直接数据存取（Direct Memory Access，DMA）技术是一种不消耗处理器资源的可靠的数据传输方法。目前，大规模集成电路片上系统(System on Chip，SoC)大多会采用DMA技术，而且通道数目也越来越多。随着半导体工艺的高速发展，很多厂家甚至直接生产DMA控制器的IP(IntellectualProperty)核。DMA技术在SoC系统中的地位越来越重要，是内核和外部设备间数据交换的纽带，能够极大提高SoC系统的运行效率，所以设计一款功能强大的兼容性较好的DMA控制器IP核是非常必要的。
　　本文主要以SoC中存储器访问为研究主题，深入分析了目前国内外内存访问的发展趋势，研究了SoC系统和AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)总线协议，合理地运用DMA技术，完成了基于AMBA总线协议的增强型DMA控制器的设计。本文设计的DMA控制器有16个通道，每个通道支持31个硬触发请求和1个软触发请求。与一般DMA控制器不同，本DMA控制器的通道参数基于RAM存储，而且支持链接传输。本文阐述了DMA控制器的整体功能、性能和结构，详细描述了DMA控制器每个功能模块的设计，包括功能模块中的核心逻辑、关键状态机等。
　　在SoC系统验证平台下，对DMA控制器进行功能仿真验证;在SMIC的0.13μm工艺库下进行综合，DMA控制器AHB(Advanced High Performance Bus)总线时钟频率能达到333MHz，面积为257904μm2;最后在Xilinx公司的Virtex7系列xc7vx485t-2ffg1761开发板上对设计进行FPGA板级验证。经过验证，DMA控制器功能完善，性能可靠，完全达到设计的功能和性能要求，可以应用在SoC系统中，实现存储器间数据搬移操作，吞吐率可达5.3Gbps，极大地提高系统的工作效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文结构

第二章 相关技术分析

2．1 AMBA总线协议

2．1．1 AHB总线架构

2．1．2 APB总线架构

2．2 DMA技术

2．3 DMA控制器与AMBA总线的关系

2．4 本章小结

第三章 DMA控制器的系统结构

3．1 DMA控制器的整体架构及模块分析

3．2 参数RAM和寄存器组

3．3 DMA控制器的传输特性

3．3．1 DMA的初始化与启动

3．3．2 DMA传输类型

3．3．3 DMA操作

3．4 本章小结

第四章 DMA控制器的硬件设计与实现

4．1 DMA控制器整体架构设计

4．2 APB从机接口模块设计

4．3 通道控制模块设计

4．3．1 参数RAM

4．3．2 RAM控制器

4．3．3 通道触发译码

4．4 传输控制模块设计

4．4．1 主控模块设计

4．4．2 地址产生逻辑设计

4．5 中断控制模块设计

4．6 AHB主机接口模块设计

4．7 本章小结

第五章 验证及结果分析

5．1 功能仿真

5．2 逻辑综合

5．3 FPGA验证

5．3．1 FPGA验证平台

5．3．2 FPGA验证流程

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的成果