深亚微米理论及IP核设计技术的研究

【摘要】： IP（Intellectual Property）是集成电路知识产权的主体，它关系到国家的 经济安全和国防安全。随着集成电路制造工艺的发展，深亚微米效应理论及IP 核设计技术越来越受到理论界和工业界的广泛关注。本文基于国家自然科学基 金资助项目“深亚微米超高速多媒体芯片设计理论的研究”（项目编号： 69876010）、国家教委博士点基金资助项目“高速多媒体数据混合技术的研究” （项目编号：98035901）和国家“九五”重点科技攻关项目“8位微处理器高 层语言描述的研究”（项目编号：97-758-01-53-07），重点对相位抖动理论、接 口类IP核、多媒体类IP核、微处理器类IP核设计进行了深入的研究。论文 的主要工作和取得的成果如下： 1．制定了PCI总线接口内侧主PCI（PCI Master）总线协议和从PCI（PCI Slave）总线协议，提出了我国第一个符合VSIA标准的PCI内侧总线协议。 内侧协议中包含了PCI总线接口三级缓存的考虑，三级缓存的设计提高了PCI 总线接口的数据传输速度、节约了使用PCI总线的时间。 2．讨论了PCI总线接口IP核的设计方法。这是一个包括从PCI、主PCI 和PCI仲裁器的完整的PCI接口电路，系统级设计中提出了电路复用和从PCI 优先的设计思路；算法级设计中提出了基于多状态机结构的从PCI设计方法、 基于静-动态混合仲裁算法的PCI仲裁器设计方法。异常情况下的状态机软着 陆、三级缓存，甚至状态编码方式等都对其他大型接口电路的设计有直接的借 鉴意义。 3．讨论了IIC总线接口IP核的设计方法。提出了PCI-IIC桥的结构，使IIC 外设得以方便地挂接在PCI总线上；提出了虚拟控制的概念，为程序员留出 了更多的空间。 4．讨论了多媒体图形、影象和硬件光标数据的融合技术，提出了一种基于 串-并行拓扑结构的新型融合技术。为提高融合效率和数据传输速度，提出了 内部数据存储区的动态存储算法，设计了与融合技术配套的光栅操作编码，以 及存储区锁定算法。 5．讨论了颜色空间转换IP核的设计方法。提出了基于参数化高基乘法算 法的设计方法，采用乘法单元复用的设计结果将在两个时钟周期内完成YUV 向RGB的颜色空间转换。 6．讨论了八位CISC微处理器IP核的设计方法。提出了执行周期复用的 指令分解、指令寄存器与步长计数器联合译码，以及多时钟同步的控制流设计 方法；进而从时间和状态空间两个角度深入讨论了控制流设计中状态机和多时 钟两种常见体系结构的异同。 11 合肥工业大学博士学＆论义 7．讨论了中断电路 ＊ 核的设计方法。提出了中断执行周州复川、寄存器 模型设计中断标识信号的中断电路实现方法。 8．建立了相位抖动的软件仿真环境。传统的时序仿真都是确定型的，而相 位抖动的软件仿真环境是一种随机处理方式，它最接近真实的物理世界。相位 抖动软件仿真环境的建立为研究数字电路相位抖动的传输特性、忍受范围、时 间余量预算等建立了基础。 9．针对相位抖动的高斯分布和多高斯分布．提出了选择锁相环IP 核的判 据。理论计算结果通过了相位抖动软件仿真环境的验证。