物联网智能节点芯片的动态可重构设计

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全球物联网设备目前已有84亿台,而且我国物联网市场规模也已突破万亿。物联网极具研究和应用价值,是制造强国战略的重点支柱产业之一。在它发展过程中,带来了微处理器选择和终端功能多样化的需求。为提高物联网终端的智能程度与自适应性,本文从集成电路角度入手,设计了一款可自组织网络、可重构功能的物联网节点芯片。首先,本文分析了可重构的设计方法。论述了可重构技术的概念及分类,还分析了它们各自的实现原理与主要区别。在此基础上,对可重构器件FPGA做了芯片结构和重构原理方面的分析,并论述了几种主流的FPGA重构技术及实现方法,为节点芯片的动态可重构设计打下了基础。其次,本文设计了具有可重构功能的物联网节点芯片及传输协议。根据节点芯片的功能和协议,完成了前端设计,包含微处理器和WIFI模块的选择与集成,以及网络控制、可重构及其控制和辅助等模块的RTL设计。并制定了传输协议,构建了节点芯片的四种工作模式,包含透传模式、测试模式、通讯模式和运行模式。再次,本文完成了节点芯片的功能仿真和FPGA板级系统验证。根据RTL代码和传输协议规定,搭建了节点芯片的仿真平台。在各个模块仿真成功的基础上,完成了节点芯片的功能仿真。设计了FPGA系统验证方案,完成了节点芯片的FPGA板级系统验证。最后,本文完成了物联网节点芯片的物理设计。在TSMC 0.18μm工艺下,经过逻辑综合、布局规划、时钟树综合等步骤,得到了GDSII版图数据文件,并成功流片。本文所设计的物联网节点芯片是一种新型的数据信息共享平台,能以无线通讯方式自组织网络。在该网络内,节点芯片可以实时重构自身功能,来满足终端多样化的需求。该节点芯片对物联网的发展提供了一种新思路,并具有一定的商业和应用价值。
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