采用窗口映射机制的RapidIO的设计与验证

摘要

随着处理器和嵌入式系统的迅速发展，对系统内部各个功能模块间的数据交换和数据传输速率、规模的要求也越高，传统的并行总线受到时钟频率和信号走线的限制，已经成为高速运算和处理系统的瓶颈。同时，由于系统规模越来越大，对系统容错性和网络重构的需求也越来越高，常用的树状总线结构已经不再适合作为整个系统的架构模式。基于上述应用需求和发展趋势，本文引入了RapidIO技术来解决这些问题。
　　RapidIO具有外部引脚少、总线频率高、延迟低和可靠性高等特点，但一些使用FPGA实现的简单处理器和旧的处理器芯片缺乏RapidIO支持，这些处理器需要采用一些手段使其可以作为端设备连接到RapidIO总线中。本文基于这些问题设计开发出一种新的采用窗口映射机制的RapidIO控制器，将外部地址与RapidIO进行转换，这样为各型处理器扩展出RapidIO接口，同时在用户逻辑模块增加了窗口划分功能，使得RapidIO可以同时进行不同操作并访问多个ID的设备，论文的具体工作如下：
　　首先通过对以太网、PCIe和RapidIO的比较分析，说明了采用窗口映射机制RapidIO的优势及其工作过程。
　　随后分析了RapidIO协议的三层结构：逻辑层、传输层和物理层。对逻辑层定义的操作协议、包格式，传输层定义的ID标示、路由信息，以及物理层定义的包传输机制及错误管理进行了讨论，重点对I/O操作、门铃操作和组包、拆包、缓冲等关键过程做了详细解析。
　　然后设计了采用窗口映射机制的RapidIO控制器，包括 PLB到 RapidIO地址和操作的转换，用户逻辑模块的配置和用户逻辑模块到RapidIO核及远端模型的连接。并完成窗口功能的设计：在本地为外部地址对应的开辟一段地址空间即映射窗口，然后将对映射窗口的读写操作转化为对外部RapidIO设备的读写，在将映射窗口的各项属性（基址，空间大小，目标设备 ID，映射地址，读写访问类型，优先级等等）配置好之后，就可以像访问本地存储空间一样去访问外部的RapidIO设备。增加用户逻辑模块窗口划分功能的设计，并完成了各窗口门铃、远端访问本地寄存器和存储器、本地访问远端寄存器和存储器及本地访问本地寄存器等功能的设计。
　　最后针对上述 RapidIO控制器策划了验证项、搭建出验证平台，最终分析仿真结果并验证了该设计功能的正确性。

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第一章 绪论

1.1 RapidIO技术

1.2窗口映射机制的RapidIO

1.3论文内容及安排

第二章 RapidIO体系结构

2.1逻辑层

2.2传输层

2.3物理层

2.4关键过程

2.5本章小结

第三章 RapidIO设计

3.2 PLB接口

3.3窗口映射机制

3.4用户逻辑模块

3.5操作

3.6本章小结

第四章 RapidIO功能验证

4.1验证策略及方法

4.2验证平台搭建

4.3验证结果分析

4.4本章小结

第五章 结束语

5.1论文工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

致谢

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