基于APB总线的SPI控制器设计与验证

摘要

近年来SoC已经在社会各个领域得到广泛的应用。用户希望产品可以与更多的设备交换数据，所以很多芯片都支持SPI、I2C、USB、UART等多种接口。其中，SPI以其特有的优点被越来越广泛地应用。它具有电路结构简单、通信可靠等特点，非常适合处理器和一些低速外设之间的数据传输。
　　 本文通过对MotorolaSPI协议的研究，旨在设计一种基于APB协议的支持主机和从机模式的SPI控制器模块，实现串行通信功能。论文着重介绍了该控制器的设计和验证工作。首先，给出了一种SPI控制器的整体设计方案，并对接口信号进行优化设计，使其能够更广泛地应用于不同的系统中。该控制器由数据缓存模块、状态机控制模块、时钟分频模块、中断逻辑模块和端口控制逻辑模块等子模块构成，支持可编程的读写IEEE802.15.4基带控制器、发送又接收、只发送、只接收传输模式以及可编程的数据传输长度。其次，在完成模块RTL设计基础上，提取了若干待测功能点。基于VMM方法，利用SystemVerilog建立层次化的验证环境，对SPI控制器进行验证。最后，搭建FPGA验证平台，完成了模块的原型验证。
　　 验证结果表明:SPI控制器完全兼容SPI协议，在功能上达到了预期目标，可以灵活地应用到基于AMBA总线的典型SoC系统中，与多种具有SPI接口的设备进行通信;此外，采用基于VMM方法搭建的验证环境有效地提高了验证效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文背景与意义

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 论文组织结构

第二章 相关总线协议分析

2．1 SPI协议介绍

2．1．1 SPI主从模式

2．1．2 SPI传输协议

2．2 AMBAAPB协议介绍

2．2．1 AMBA总线概述

2．2．2 APB协议

2．3 本章小结

第三章 基于APB总线的SPI控制器的设计

3．1 SPI控制器的结构设计

3．2 SPI控制器的接口信号描述

3．3 SPI控制器子模块的设计

3．3．1 APB从端

3．3．2 时钟分频器

3．3．3 中断逻辑

3．3．4 数据缓存模块

3．3．5 状态机

3．3．6 端口控制逻辑

3．3．7 控制寄存器

3．4 本章小结

第四章 SPI控制器的仿真与验证

4．1 SystemVerilog语言与VMM验证方法学

4．1．1 SystemVrerilog语言简介

4．1．2 VMM验证方法学

4．2 SPI控制器的待测功能

4．3 SPI控制器的验证平台

4．3．1 待测设计

4．3．2 验证环境

4．3．3 测试用例

4．4 FPGA验证

4．5 本章小结

第五章 仿真与验证结果分析

5．1 SPI控制器验证的覆盖率评估机制

5．2 SPI控制器功能点的覆盖

5．2．1 测试用例调试

5．2．2 测试用例的执行情况

5．3 SPI控制器的代码覆盖率分析

5．4 SPI控制器的仿真分析

5．5 SPI控制器的FPGA验证结果

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的成果和发表的论文