基于Avalon總線SHT11溫濕度傳感器自定義IP核開發(fā)流程

引言

SOPC(System On a Programmable Chip,可編程芯片系統(tǒng))就是在一個可編程芯片上實(shí)現(xiàn)一個電子系統(tǒng)的技術(shù)。SOPC是可編程邏輯器件技術(shù)和SoC(System on Chip)技術(shù)發(fā)展與融合的產(chǎn)物[12]。

SOPC的關(guān)鍵技術(shù)之一就是IP核，也就是知識產(chǎn)權(quán)核。所謂的IP核就是指將一些比較復(fù)雜的功能模塊，如音頻編/解碼、SDRAM等，設(shè)計(jì)成可以修改參數(shù)的模塊，可以直接調(diào)用。實(shí)際的SOPC設(shè)計(jì)過程，用戶常常有特殊的需求，而EDA廠商未提供該IP核。所以，在設(shè)計(jì)中添加用戶自定義組件顯得特別重要。

1　Avalon總線

SOPC組件通過Avalon交換架構(gòu)或者Avalon總線連接在一起，SOPC系統(tǒng)的可定制特性要求Avalon總線也具備靈活的可定制特性。Avalon總線是一種協(xié)議較為簡單的同步總線，有其規(guī)范及傳輸模式。

Avalon總線是由Altera公司開發(fā)的一種專用的用于連接SOPC系統(tǒng)組件及從組件的內(nèi)部連線技術(shù)，它是由SOPC Builder自動生成，是一種理想的用于系統(tǒng)處理器和外設(shè)之間的內(nèi)連總線。一般使用的是Avalon從端口。一個典型從端口包含的信號如表1所列。

表1　Avalon從端口信號

Avalon總線使用很少的邏輯資源支持?jǐn)?shù)據(jù)總線復(fù)用、地址譯碼、產(chǎn)生等待周期和高級交換式總線傳輸。該總線為用戶提供非常友好的接口，屏蔽搭建系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，減輕了系統(tǒng)搭建的工作量。

2　SHT11自定義IP核的開發(fā)

2.1　SHT11溫濕度傳感器

SHT11是瑞士Sensirion公司推出的SHTxx系列數(shù)字溫濕度傳感器。它是基于先進(jìn)的CMOSens數(shù)字傳感技術(shù)，具有極高的可靠性和長期穩(wěn)定性。全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字接口，大大縮短研發(fā)時間，簡化外圍電路并降低費(fèi)用。此外，具有體積小、響應(yīng)迅速、能耗低、可浸沒、抗干擾能力強(qiáng)、溫濕一體的特點(diǎn)，兼有露點(diǎn)測量，性價比高，使該產(chǎn)品能夠適于多種場合的應(yīng)用。SHT11的高級功能是通過狀態(tài)寄存器來實(shí)現(xiàn)的[3]。

圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由圖可知，系統(tǒng)主要分為接口模塊和行為模塊，行為模塊實(shí)現(xiàn)芯片的驅(qū)動邏輯功能，接口模塊通過內(nèi)部總線和Avalon總線相連，實(shí)現(xiàn)了對行為模塊的控制。利用SOPC Builder建立系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)線和時鐘線來控制SHT11。其中要加上10 kΩ的上拉電阻。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

采用自定義IP核的方式，也就是把SHT11看成外部存儲器或者是I/O設(shè)備，將其作為從設(shè)備連接到Nios II嵌入式處理器的Avalon總線上，系統(tǒng)用訪問I/O設(shè)備或者是讀寫寄存器的方式對其進(jìn)行控制。所以，編寫自定義IP核的時候，根據(jù)實(shí)體SHT11的時序要求，編寫驅(qū)動、接口等，靈活地控制并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時序。其中可以按照自己的需求靈活地定義狀態(tài)、標(biāo)志位、控制位等。設(shè)計(jì)完成后，獨(dú)立添加到SOPC Builder，用戶可以直接使用。該方法比單純利用PIO內(nèi)核更加節(jié)省處理器的開銷，充分發(fā)揮了處理器的能力[46]。