基于AHB的多模式xSPI控制器设计

为了提高嵌入式处理器访问外部设备的速率,满足不同场景下的应用需求,设计了一种基于先进高性能总线(AHB)的多模式高速扩展串行外部设备接口(xSPI)控制器。该控制器支持最多八线的接口传输宽度及双边沿触发的传输方式,允许在间接访问模式、状态轮询模式及内存映射模式下传输数据,并提供传输宽度和传输阶段控制。基于功能案例以及SMIC 55 nm工艺下的逻辑综合和现场可编程门阵列(FPGA)验证对该控制器进行功能和性能测试。结果表明,该控制器可以通过用户配置来调整传输宽度和边沿触发方式,在多种工作模式下对外部数据进行读/写。此外,其还可以实现可编程的中断触发、时钟延展、直接存储器访问(DMA)传输请求等,且性能良好,最大时钟频率为200 MHz。

五级流水线RISC-V微处理器的研究与设计

针对嵌入式领域低开销、高性能的应用需求,设计一种基于RISC-V开源指令集架构的32 bit微处理器。采用顺序发射、顺序执行、乱序写回的五级流水线结构,实现了整型和乘除法指令集模块组合。为了应对流水线冲突,处理器采用动态分支预测技术,设计数据相关性控制和乱序写回机制。使用Verilog进行设计并采用先进高性能总线(AHB)和高级外围总线(APB)为互联总线协议构建片上系统(SoC)。在仿真环境下通过编写RV32IM汇编指令测试程序,完成对处理器逻辑功能的验证。在Vivado综合工具下添加时序约束和物理约束条件后,对处理器代码进行逻辑综合并分析处理器硬件资源利用情况,最后将综合生成的码流文件下载到Xilinx Artix-7(XC7A200T-2FBG484I)现场可编程门阵列(FPGA)开发板中并以50 MHz的主频运行CoreMark程序,CoreMark跑分达到3.25 CoreMark/MHz。实验结果表明,处理器性能跑分与ARM Cortex-M3系列处理器基本持平,在各项技术对比指标相同的前提下,所设计的处理器跑分均优于RISC-V处理器对比项。所设计的处理器逻辑功能正确,使用较低的硬件开销,取得相对较高的性能指标,适用于成本受限的高性能嵌入式应用领域。

一种用于图像加速的DMA2D控制器

随着片上系统(SoC)规模的不断增大,直接内存存取(DMA)控制器的功能也越来越完善,但目前对DMA控制器用于图像处理方面的理论研究和实现方法却鲜有报道。为了提高液晶屏(LCD)图像的刷新速度并降低内核的资源占用,提出了一种用于图像数据处理的二维DMA(DMA2D)控制器。该控制器基于先进高性能总线(AHB)完成数据传输,支持多种RGB图像输入输出格式并且能够进行两层图像的混合处理运算。对DMA2D的技术和工作原理进行分析,提出了较为完善的DMA2D控制器的设计方案。后端设计基于28 nm工艺库,测试结果表明,DMA2D控制器的工作频率可达到180 MHz,面积仅为400μm×500μm,相比于通用DMA控制器,其面积减小约69%,功耗仅为2.97 mW。DMA2D控制器加速启用后,速度提升约60%,数据传输速度可达330 MiB/s,显著提高了液晶屏的图像刷新速度。

一种支持多个FIQ的向量中断控制器设计

为降低多个中断源被分配为快速中断请求(FIQ)时的时间开销,设计一种用于FIQ中断源识别和优先级仲裁的向量中断控制器。采用Verilog语言完成硬件描述,通过Modelsim仿真和FPGA验证,实现基于SMIC0.13μm CMOS工艺的综合布局布线工作。仿真和验证结果表明,该向量中断控制器的面积为0.107 mm^2,平均功耗为3.56 mW,工作频率为80 MHz,可满足移动通信宽带射频片上系统芯片的实时性需求。