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无线传感器网络节点SoC芯片的功能仿真与FPGA验证

作　者: 顾薛平
导　师: 吴宁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无线传感器网络 SoC芯片 ZigBee 仿真 FPGA验证
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


SoC验证是集成电路设计中极其关键的环节，功能验证是SoC验证的重要组成部分之一。论文的主要工作是针对课题组研制的无线传感器网络节点SoC芯片，进行数字部分的功能验证。节点SoC芯片内嵌Cortex-M0微处理器，支持基于ZigBee协议的无线通信和AES-CCM*安全模式，使用2.4GHz工作频段。芯片功能验证的主要目的是保证各功能子模块设计无误以及数据通信满足协议指标要求。论文在分析了无线传感器网络节点SoC芯片系统结构的基础上，制定了基于灰盒法的自底向上验证方案，分别从模块级和系统级对芯片进行功能验证。在模块级验证时，通过分析各功能模块的输入数据特征，采用受限随机生成法来构造测试向量，以减少测试向量数量，提高验证效率；基于事件驱动的思想，设计可综合的系统控制核心单元来模拟CPU，控制ZigBee基带模块和AES安全模块进行数据收发或加/解密；针对协处理器特点搭建验证环境以验证其功能的正确性。依据芯片系统工作流程，设计了运行于Cortex-M0的测试程序，通过读写数据存储器与模块寄存器、处理中断和封装数据等来实现系统级验证。同时，设计了解扩频软件，结合由信号发生器、XUPV5LX110T开发板、AD/DA板以及频谱仪成的FPGA硬件验证平台，来验证基于ZigBee协议2.4GHz物理层数据传输的正确性及系统功能。结果表明，基带调制数据符合协议标准，模拟中频信号的噪信比（EVM）小于1%，系统能够正确接收并解释符合协议标准的数据。论文基于VCS工具和FPGA开发板实现了芯片的功能仿真和原型验证，并在验证过程中对设计进行优化，保证芯片功能正确且满足系统技术指标。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 研究背景  11
  1.2 SoC 功能验证方法概述  11-13
  1.3 节点 SoC 芯片的验证难点  13-14
  1.4 论文主要工作及章节安排  14-15
第二章 节点 SoC 芯片验证方案  15-22
  2.1 系统总体结构  15-16
  2.2 关键模块介绍  16-19
    2.2.1 Cortex-M0 处理器  16-18
    2.2.3 ZigBee 协处理器  18-19
    2.2.4 AES 协处理器  19
  2.3 系统功能验证方案  19-21
  2.4 小结  21-22
第三章 ZigBee 协处理器模块的功能验证  22-38
  3.1 ZigBee 协处理器  22-25
    3.1.1 原理概述  22
    3.1.2 电路结构  22-24
    3.1.3 工作流程  24-25
  3.2 模块功能验证方案  25-31
    3.2.1 验证方案设计  25-26
    3.2.2 测试向量生成  26-29
    3.2.3 系统控制单元设计  29-31
  3.3 模块功能验证结果  31-37
    3.3.1 软件数字仿真  31-36
    3.3.2 FPGA 原型验证  36-37
    3.3.3 代码优化  37
  3.4 小结  37-38
第四章 AES 协处理器模块的功能验证  38-53
  4.1 AES 协处理器  38-41
    4.1.1 CCM*安全模式  38-39
    4.1.2 电路结构  39-40
    4.1.3 工作流程  40-41
  4.2 模块验证方案  41-46
    4.2.1 验证方案设计  41-43
    4.2.2 测试向量生成  43-45
    4.2.3 系统控制单元设计  45-46
  4.3 模块功能验证结果  46-52
    4.3.1 软件数字仿真  46-51
    4.3.2 FPGA 原型验证  51
    4.3.3 代码优化  51-52
  4.4 小结  52-53
第五章 芯片数字部分总体功能验证  53-64
  5.1 系统工作流程  53-54
  5.2 系统验证方案  54-56
    5.2.1 验证方案设计  54-55
    5.2.2 测试程序设计  55-56
  5.3 系统功能验证结果  56-63
    5.3.1 软件数字仿真  56-59
    5.3.2 FPGA 原型验证  59-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章 总结与展望  64-65
参考文献  65-67
致谢  67-68
在学期间的研究成果及发表的学术论文  68-69
附录 1 ZigBee 寄存器地址及定义  69-74
附录 2 AES 寄存器地址及定义  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 大规模集成电路、超大规模集成电路
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