IEEE1394串行总线物理链路层接口的设计与验证

摘要

从计算机的诞生开始，计算机的总线技术便开始经历一个相对漫长的发展过程。早期阶段，串行总线方式由于其在速度方面的劣势一直不被人们认可。而IEEE1394技术自产生以来，以其较低的延迟、点对点的传输方式以及对等时数据传输模式的支持等优势，引起了人们的注意。之后，IEEE1394串行总线标准经过不断地改进和完善，同时具备了传输速度快以及带宽稳定的优良性能，从最初仅仅在多媒体领域的应用，作为与视频传输设备进行互连的一个重要接口技术，到现如今已能够应用在对总线的实时性与可靠性要求较高的航电系统中，并开始更加广泛的应用于数字媒体设备以及网络互连中。
　　本文研究的物理层（PHY）与链路层（Link）接口模块部分是IEEE1394物理层的组成部分，它提供了一个供物理层控制逻辑与链路层控制逻辑进行相互访问以及数据交互的接口。此模块主要负责解码来自链路层的串行请求，同步来自链路层数据包中的数据并处理其格式，处理并传输物理层接收到的数据包到链路层，以及对接口复位、禁止、初始化以及 LinkOn等实时状态的描述指示。根据外部输入的不同，链路层有不同的工作模式，因此接口的工作模式也分为了Alpha模式和Beta模式两种。两种工作模式的基本功能大致相同，只有在接口工作时钟、状态传输模式、发送速度模式以及级联方式等方面有细微的差别。本文对两种模式下的PHY-Link接口模块的工作特性分别进行了分析和研究。
　　本论文基于对IEEE1394b-2002串行总线协议标准的理解和分析，首先对IEEE1394的协议结构以及基本特征进行简要的阐述，并且详细介绍了IEEE1394物理层结构中的各个模块功能以及相互之间的联系。接着着重对PHY-Link接口模块的工作原理进行了解析，提出接口模块的设计划分以及设计方案，完成了IEEE1394的PHY-Link接口模块IP核的设计，使之不仅实现了传统1394设计中PHY-Link接口的基本功能，同时在传输的特殊情况以及接口状态的变化上进行了恰当的处理，提高了传输的稳定性和准确性。随后，根据 PHY-Link接口的功能以及验证规范，搭建了虚拟验证平台，通过NC-Verilog的仿真验证工具对设计的接口模块IP核的功能点进行仿真验证。之后，又对所设计的IP核的数字部分进行了FPGA原型验证，为此专门设计了一个可以应用于FPGA平台上的链路层模型，在其基础上对PHY-Link接口的功能进行基于FPGA平台的仿真验证，最后通过主机分析测试来观察结果是否满足要求。
　　从虚拟平台以及FPGA平台的仿真结果来看，本课题设计的PHY-Link接口的IP核在功能以及时序方面能够满足IEEE1394协议中关于接口部分的要求，在链路层与物理层之间的数据传输方面以及接口状态方面完全符合设计要求，可以看出PHY-Link接口的设计达到了预期的目的。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的技术背景和现状

1.2 国内外研究现状以及发展状况

1.3 IEEE1394与其他总线的异同

1.4 课题研究目的以及主要工作

1.5 文章的结构安排

1.6 本文的关键术语说明

1.7 本章小结

第二章 IEEE1394协议概述

2.1 协议的拓扑结构

2.2 IEEE1394 数据传输类型

2.3 IEEE1394 协议结构

2.4 物理层的结构

2.5 本章小结

第三章 PHY-Link接口的设计与功能

3.1 PHY-Link接口信号描述

3.2 PHY-Link接口的两种工作模式

3.3 PHY-Link接口的内部模块设计

3.4 PHY-Link接口的功能

3.5 本章小结

第四章 PHY-Link接口模块验证

4.1 PHY-Link接口虚拟平台的IP级验证

4.2 PHY-Link接口基于FPGA逻辑验证

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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1.基本情况

2.教育背景