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基于PCI总线的串行通讯控制器的设计

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与设计指标

1.3.1 研究内容

1.3.2 设计指标

1.4 论文组织结构

第二章 相关技术分析

2.1 HDLC协议

2.1.1 HDLC协议的特点

2.1.2 HDLC协议的操作方式

2.1.3 HDLC协议的帧结构

2.1.4 控制字段

2.1.5 HDLC协议的操作

2.2 PCI总线协议

2.2.1 PCI总线的特点

2.2.2 PCI总线信号

2.2.3 PCI总线操作

2.3 本章小结

第三章 串行通讯控制器的系统结构

3.1 串行通讯控制器的整体架构

3.2 HDLC协议的数据处理模块

3.2.1 数据发送处理模块

3.2.2 数据接收处理模块

3.3 PCI与HDLC的接口通讯

3.4 HDLC控制器的设计分析

3.5 本章小结

第四章 HDLC控制器的硬件设计

4.1 HDLC发送模块的设计

4.1.1 并串移位寄存器的设计

4.1.2 16/32位FCS发生器的设计

4.1.3 零插入模块的设计

4.1.4 标志停止字产生模块的设计

4.1.5 发送控制模块的设计

4.2 HDLC接收模块的设计实现

4.2.1 标志停止字检测模块的设计

4.2.2 零检测模块的设计

4.2.3 FCS校验器的设计

4.2.4 串并转换模块的设计

4.2.5 接收控制模块的设计

4.3 本章小结

第五章 验证及结果分析

5.1 模块级功能验证

5.1.1 FCS功能验证

5.1.2 零插入功能验证

5.1.3 发送模块功能验证

5.1.5 接收模块功能验证

5.1.6 FCS错误验证

5.2 DC综合与时序验证

5.3 FPGA实现及验证

5.3.1 FPGA设计流程

5.3.2 ISE综合

5.3.3 ISE实现

5.3.4 FPGA资源对比

5.3.5 上板验证

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

附录

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摘要

随着互联网逐渐进入大数据时代,研究高效高速的串行通讯成为一种必然趋势。路由器的广域网接口卡一般都采用基于外围部件互联(Peripheral Component Interconnect, PCI)总线的高速串行通讯控制器进行控制。高级数据链路控制协议(High Level Data Link Control,HDLC)是数据链路层中最常用的协议,它具有强大的差错检测功能和高可靠、高效率、透明传输的特点,能应用于任何面向比特的高速数据传输系统中。因此,本文采用HDLC协议控制器处理串行通讯中的数据,保证了数据的正确传输。
  本文在分析PCI总线与HDLC协议的基础上,设计了一种基于PCI总线的串行通讯控制器,描述了HDLC控制器与PCI总线进行通信的接口信号。设计分为发送和接收两个模块,两大模块的工作互不干扰,分别由各自的控制器加以控制。HDLC发送器包括并串移位寄存器、帧校验序列(Frame Check Sequence,FCS)发生器、零插入、标志停止字的产生以及发送控制等模块,HDLC接收器包括标志停止字检测、零检测、FCS校验器、串并转换、接收控制等模块。其中,FCS校验部分采用循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC),以保证数据传输的正确性和完整性。通过对发送和接收控制模块的重点描述,说明了系统中数据发送和接收处理的详细过程。采用Verilog HDL语言进行电路设计,并且使用Modelsim软件进行功能仿真。在TSMC90nm工艺下,电路的工作频率可达到400MHz。最后,通过FPGA验证证明了设计能够正确完成数据的发送和接收功能。此外,若传输一字节数据,在使用16位CRC时发送模块的吞吐率最高可达80Mb/s,接收模块的吞吐率最高可达94Mb/s,能满足高速串行通讯的需求。

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