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SDIO主控制器设计

谌葵  
【摘要】:随着信息技术的发展,SDIO接口广泛应用于各种嵌入式微处理器中,成为便携类电子设备的重要接口之一。本论文基于国家“863”项目—“面向高性能嵌入式应用的可重构媒体处理器SoC芯片设计和实现”—的实际需求,完成了一款基于AHB总线的SDIO主控制器设计。 本文在深入分析研究SDIO主控制器协议和SDIO接口通信机制的基础上,完成SDIO主控制器的模块划分和总体结构设计。根据SDIO主控制器内部命令流、数据流传输特点,将其划分为AHB系统总线接口单元、总线控制单元、同步模块、FIFO接口模块、从机卡控制单元五个部分。为提高系统性能,本设计支持SDMA、ADMA1和ADMA2三种DMA数据传输机制和中断查询机制。 在低功耗应用场合,可以通过参数配置将本设计中的DMA主机模式、内部FIFO深度、FIFO传输模式和外部RAM连接方式配置成低功耗模式。本文在状态机的设计中采用有限状态机分割技术,该技术可以降低功耗、面积开销。在双向双端口异步FIFO的设计中,本文提出了两种双向双端口异步FIFO全局状态检测机制:单拍置空/满双向FIFO状态检测机制和块操作双向FIFO状态检测机制。其中单拍置空/满双向FIFO状态检测机制中的指针编码采用普通格雷码,当FIFO处于空/满状态时经过一个时钟周期将空/满状态传递到FIFO读/写控制器中;块操作双向异步FIFO检测机制与异步FIFO中的块操作传输模式相对应,具有总线使用效率高的优点。 本文对SDIO主控制器进行了RTL级设计实现、验证、逻辑综合和优化。基于TSMC65LPCMOS的标准单元库工艺实现,典型工作频率为200MHz,面积61003.910599um2,功耗39.3669uW。对所做设计进行了逻辑模拟验证和FPGA仿真,验证结果表明本设计功能正确,满足项目系统性能要求。本设计已应用于实际项目中。


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