基于FPGA的OPB_AHB总线桥接器的设计

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                    　　摘要：本文首先介绍了 AHB和OPB总线协议特点，并在此基础上详细阐述了 OPB_AHB总线桥接器的功能和设计思路，最后给出了 OPB_AHB的验证方法和仿真结果。并在 Xilinx的EDK环境下利用MicroBlaze软核构建了 SoC系统并通过 FPGA验证。
　　1.引言
　　SoC（System on a Chip）自20世纪90年代后期出现以来，广受学术界和工业界的关注， SoC通常将微处理器、 IP（Intelligence Property）核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上，具有小型、轻量、低功耗、多功能、高可靠和低成本化等特征，在计算机、通信、消费类电子、工控、交通运输等领域应用十分广泛。
　　随着基于IP复用技术的 SoC设计的不断发展，片上总线 OCB(on-chip Bus)技术成为解决 SoC发展的关键技术。目前主要有三大主流片上总线标准： IBM公司的 CoreConnect，ARM公司的AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture)以及Silicore Corp公司的 Wishbone。本文针对两大主流 OCB总线标准 AMBA和CoreConnect,完成AMBA高性能系统总线AHB和CoreConnect的外围总线 OPB之间的桥接转换，设计出 OPB_AHB桥接器。
　　2.OPB_AHB桥接器功能特性
　　AHB是ARM公司微控制器总线体系结构 AMBA规范定义的三种总线之一，它是先进的系统总线，用于连接高性能系统模块，支持突发数据传输方式及单个数据传输方式， AHB总线可挂接多个功能模块（主 /从），并为它们提供高带宽、低延迟的总线连接。
　　OPB总线是IBM公司推出的一种芯片级的外围设备总线， OPB总线主要连接外围低速设备，降低外围设备对系统性能的影响，支持突发（ BurST）操作。
　　Xilinx公司的软核处理器 MicroBlaze能够很好的支持 OPB总线协议， MicroBlaze环境的 OPB总线都是 32位的地址位宽和数据位宽，支持 8bit、16bit、32bit的数据传输。本文设计的OPB_AHB桥接器主要是完成以下四个功能。
　　3.OPB_AHB桥接器结构
　　图1是一个简单的基于 MicroBlaze的OPB_AHB 桥接器拓扑结构图。 MicroBlaze是一个软核处理器，整个系统在 Xilinx的EDK环境下实现， AHB_OPB桥接器可以作为 OPB设备和 AHB设备之间数据、地址和控制命令的传输通道。






　　图3 (a)? OPB2AHB_Brg写数据仿真波形
　　在主设备从虚拟从设备读取数据时， SOPB_RNW为高电平，桥接器作为 AHB上的主设备将AHB_mem存储器的数据通过 AHB_Rdata读取到Sl_Dbus数据总线上，并在 WData.txt文件中显示出来，仿真结果如图 3 (b)所示。






　　通过观察，当写信号时， AHB_WData数据总线上的数据能够正确的写入到虚拟从设备 OPB_mem中，当读信号有效时，虚拟从诶设备 OPB_mem中的数据能够正确通过 OPB_Dbus传输到AHB_RData总线上。
　　6.结束语
　　本文在分析了 AMBA总线协议和 OPB总线协议的基础上，给出了OPB_AHB桥接器的设计和验证方案。本文作者创新点是采用同步设计和流水线设计方法，能够正确的转换 OPB总线与 AHB总线之间的数据、地址、控制信号，提高了系统的运行速度和稳定性。最后通过 Xilinx的ISE综合和时序仿真，最高频率达到 100MHZ,并导入到 EDK环境中，选择MicroBlaze软核处理器构建 SoC系统，实现 OPB与AHB总线协议的互连。