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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于SoPC的光纤通道控制器仿真验证研究 姓名：舒芳 申请学位级别：硕士 专业：计算机系统结构 指导教师：刘景宁 20070606 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 随着工艺能力和设计能力的快速发展，为了满足嵌入式系统市场对于成本、功能 和功耗的要求， 采用SoPC(System on Programmable Chip)技术将微处理器、 IP(Intellectual Property)核、存储器及各种接口通过 IP 核互连技术及片上总线(On-Chip Bus)集成在单 一独立的可编程芯片上的方法，已成为目前 IC 设计及嵌入式系统
2、发展的趋势和主流。 光纤通道协议以其高性能、传输距离远、可扩展性强等特点，在存储领域占有重要地 位。 用 SoPC 的方法实现光纤通道控制器能有效发挥 SoPC 在软硬件定制及系统扩展方 面的优势。而随着系统的集成度越来越高，器件结构复杂度越来越大，对系统的验证 也越来越复杂，越来越重要。 光纤通道控制器硬件集成了 NIOS II 处理器、DDR SDRAM 控制器、FLASH 控制 器、定时器、JTAG UART 和带 Avalon 接口的光纤通道(FC, Fibre Channel)接口逻辑， 通过 Avalon 交换总线进行互连。针对光纤通道控制器硬件部分的验证主要从功能模块 级，IP
3、核级，系统级三个层次进行。功能模块级的验证能保证 90%的错误在前期能解 决；IP 核级的验证不仅保证实现了 FC 协议规范，同时保证了自定义 IP 核的可重用性 和可集成性；系统级验证可以保证系统各集成 IP 模块之间的协同工作，同时能提供软 硬件协同设计验证开发平台。在仿真验证过程中，进行了及存取传输级(RTL,Register Transfer Level)级仿真，门级网表仿真，时序仿真，以及静态时序分析。验证平台通过 采用总线功能模型(BFM,Bus Functional Model)简化了仿真激励操作，采用基于断言的 检测技术以便直观地了解检测的结果，采用 PLI(Programma
4、ble Language Interface)接口 方式提高了系统激励检测的抽象能力。 通过对验证平台的功能正确性的检验以及性能的评估，证明了针对光纤通道控制 器采用的验证方案是具有可行性和可信度的。 关键词：关键词： 可编程片上系统，光纤通道控制器，验证，测试平台 本文的研究工作受国家自然科学基金(60273074)资助 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the development of technique and design capacity, to satisfy the market need for costs, function
5、s and power consumption requirements in embedded system field, using SoPC(System on a Programmable Chip) technology to integrate microprocessors, IP(Intellectual Property) core, memories ,and other interfaces in a single programmable chip, has become IC design and embedded systems development trends
6、. Fiber Channel protocol has high speed, long transmission distance and scalability advantages in storage areas ,and occupies an important position in storage area. Using SoPC technology to implement Fiber Channel controller can effectively enable the SoPC advantages in hardware and software customi
7、zation and expansion of the system. As the increasing of integration and device structure complexity, the verification of the SoPC system has become increasingly complex, and increasingly important. The hardware of Fibre Channel controller integrates NIOS II processor, DDR SDRAM controller, Flash co
8、ntroller, timer, UART , JTAG and FC user logic through Avalon Fabric bus. The simulation and verification of Fiber Channel controller hardware includes three levers: module level, IP lever, and system level. The modules verification of FC IP Core is to guarantee 90% of the errors can be resolved at
9、an early period ; The verification of FC IP Core is not only guarantee the realization of FC protocol, but also guarantee the reusability and integration of IP core; The Fiber Channel controller system-level verification can resolve the conflicts between IP cores and also provide a hardware and soft
10、ware co-design verification development platform. Throughout the simulation process, the RTL simulation, gate-level netlist simulation, timing simulation and static timing analysis are all used. In the testbech, the use of Bus Functional Model simplifies the interaction of verification stimulus, the
11、 use of ABV(Assertion Based Verification) facilitates the operation of process monitor and result check, meanwhile, PLI interface also improve abstraction capacity of system The research is supported by National Natural Science Foundation (60273074). 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III stimulus and detectio
12、n . The functional correctness and performance assessment of the Verification platform proved that the verification schedule of fiber channel controller is feasible and creditable. Key Words: SoPC,Fibre Channel Controller,Verification,Testbench 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，
13、除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 本
14、论文属于 不保密。 (请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 现代信息存储对存储的容量，速度和安全性方面都提出了更高的要求，而光纤通 道协议结合了网络技术和SCSI(Small Computer System Interface)等协议的优点，具有高 速，高可靠性和高度保密等特点，很大程度上提升了存储系统的性能，因此实现光纤 通道控制器具有广阔的应用前景。而SoPC(System on Programmable Chip)系统方法不仅 能降低开发成本、缩短开发周期，而且
15、能方便地实现系统扩展，因此其成为实现光纤 通道控制器的首选方法。 但由于集成电路规模的增大， 设计复杂度的增加， IP(Intellectual Property)重用等当前复杂SoPC设计的特性要求，对设计必须进行更加充分的验证。所 以为了保证光纤通道控制器这一硬件系统的有效性和高性能，必须对其进行充分的仿 真验证，而其中对于FC(Fiber Channel)IP核的仿真验证成为重中之重。 1.1 SoPC 仿真验证技术概述仿真验证技术概述 SoC1,2设计技术始于 20 世纪九十年代中期，随着半导体工艺技术的发展，设计者 能够将愈来愈复杂的功能集成到单硅片上，SoC 正是在集成电路(IC，
16、Integrated Circuit) 向集成系统(IS， Integrated System)转变的大方向下产生的。 系统级芯片的构成可以包含 系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器 CPU(Central Process Unit)内核模块、数 字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor)模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯 的接口模块、含有 ADC/DAC(Analog Digital Converter/Digital Analog Converter)的模拟 前端模块、电源提供和功耗管理模块等，更重要的是一个 SoC 芯片内嵌有基本系统软 件模块或可载入的用户软件等。 SoC 设计依赖于固定的 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)， ASIC 设计虽 然降低了产品的生产成本，提高了系统的可靠性，缩短了设计的物理尺寸，但因设计
