无线传感器网络节点SoC芯片的功能仿真与FPGA验证

摘要

SoC验证是集成电路设计中极其关键的环节，功能验证是SoC验证的重要组成部分之一。论文的主要工作是针对课题组研制的无线传感器网络节点SoC芯片，进行数字部分的功能验证。节点SoC芯片内嵌Cortex-M0微处理器，支持基于ZigBee协议的无线通信和AES-CCM*安全模式，使用2.4GHz工作频段。芯片功能验证的主要目的是保证各功能子模块设计无误以及数据通信满足协议指标要求。
　　论文在分析了无线传感器网络节点SoC芯片系统结构的基础上，制定了基于灰盒法的自底向上验证方案，分别从模块级和系统级对芯片进行功能验证。在模块级验证时，通过分析各功能模块的输入数据特征，采用受限随机生成法来构造测试向量，以减少测试向量数量，提高验证效率；基于事件驱动的思想，设计可综合的系统控制核心单元来模拟 CPU，控制 ZigBee基带模块和AES安全模块进行数据收发或加/解密；针对协处理器特点搭建验证环境以验证其功能的正确性。依据芯片系统工作流程，设计了运行于Cortex-M0的测试程序，通过读写数据存储器与模块寄存器、处理中断和封装数据等来实现系统级验证。同时，设计了解扩频软件，结合由信号发生器、XUPV5LX110T开发板、AD/DA板以及频谱仪成的FPGA硬件验证平台，来验证基于ZigBee协议2.4GHz物理层数据传输的正确性及系统功能。结果表明，基带调制数据符合协议标准，模拟中频信号的噪信比（EVM）小于1％，系统能够正确接收并解释符合协议标准的数据。
　　论文基于VCS工具和FPGA开发板实现了芯片的功能仿真和原型验证，并在验证过程中对设计进行优化，保证芯片功能正确且满足系统技术指标。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 SoC功能验证方法概述

1.3 节点SoC芯片的验证难点

第二章 节点SoC芯片验证方案

2.1 系统总体结构

2.2 关键模块介绍

2.3 系统功能验证方案

2.4 小结

第三章 ZigBee协处理器模块的功能验证

3.1 ZigBee协处理器

3.2 模块功能验证方案

3.3 模块功能验证结果

3.4小结

第四章AES协处理器模块的功能验证

4.1 AES协处理器

4.2 模块验证方案

4.3 模块功能验证结果

4.4小结

第五章 芯片数字部分总体功能验证

5.1 系统工作流程

5.2 系统验证方案

5.3 系统功能验证结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录1 ZigBee寄存器地址及定义

附录2 AES寄存器地址及定义