基于A(yíng)valon總線(xiàn)SHT11溫濕度傳感器自定義IP核的開(kāi)發(fā)流程

　　SOPC(System On a Programmable Chip,可編程芯片系統)就是在一個(gè)可編程芯片上實(shí)現一個(gè)電子系統的技術(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[1?2]。

　　SOPC的關(guān)鍵技術(shù)之一就是IP核，也就是知識產(chǎn)權核。所謂的IP核就是指將一些比較復雜的功能模塊，如音頻編/解碼、SDRAM等，設計成可以修改參數的模塊，可以直接調用。實(shí)際的SOPC設計過(guò)程，用戶(hù)常常有特殊的需求，而EDA廠(chǎng)商未提供該IP核。所以，在設計中添加用戶(hù)自定義組件顯得特別重要。

　　1　Avalon總線(xiàn)

　　SOPC組件通過(guò)Avalon交換架構或者Avalon總線(xiàn)連接在一起，SOPC系統的可定制特性要求Avalon總線(xiàn)也具備靈活的可定制特性。Avalon總線(xiàn)是一種協(xié)議較為簡(jiǎn)單的同步總線(xiàn)，有其規范及傳輸模式。

　　Avalon總線(xiàn)是由Altera公司開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)用的用于連接SOPC系統組件及從組件的內部連線(xiàn)技術(shù)，它是由SOPC Builder自動(dòng)生成，是一種理想的用于系統處理器和外設之間的內連總線(xiàn)。一般使用的是Avalon從端口。一個(gè)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(xiàn)使用很少的邏輯資源支持數據總線(xiàn)復用、地址譯碼、產(chǎn)生等待周期和高級交換式總線(xiàn)傳輸。該總線(xiàn)為用戶(hù)提供非常友好的接口，屏蔽搭建系統的細節，減輕了系統搭建的工作量。

　　2　SHT11自定義IP核的開(kāi)發(fā)

　　2.1　SHT11溫濕度傳感器

　　SHT11是瑞士Sensirion公司推出的SHTxx系列數字溫濕度傳感器。它是基于先進(jìn)的CMOSens數字傳感技術(shù)，具有極高的可靠性和長(cháng)期穩定性。全量程標定，兩線(xiàn)數字接口，大大縮短研發(fā)時(shí)間，簡(jiǎn)化外圍電路并降低費用。此外，具有體積小、響應迅速、能耗低、可浸沒(méi)、抗干擾能力強、溫濕一體的特點(diǎn)，兼有露點(diǎn)測量，性?xún)r(jià)比高，使該產(chǎn)品能夠適于多種場(chǎng)合的應用。SHT11的高級功能是通過(guò)狀態(tài)寄存器來(lái)實(shí)現的[3]。

　　圖1為系統結構圖。由圖可知，系統主要分為接口模塊和行為模塊，行為模塊實(shí)現芯片的驅動(dòng)邏輯功能，接口模塊通過(guò)內部總線(xiàn)和Avalon總線(xiàn)相連，實(shí)現了對行為模塊的控制。利用SOPC Builder建立系統，通過(guò)數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)來(lái)控制SHT11。其中要加上10 kΩ的上拉電阻。

　　圖1　系統結構圖

　　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設備，將其作為從設備連接到Nios II嵌入式處理器的Avalon總線(xiàn)上，系統用訪(fǎng)問(wèn)I/O設備或者是讀寫(xiě)寄存器的方式對其進(jìn)行控制。所以，編寫(xiě)自定義IP核的時(shí)候，根據實(shí)體SHT11的時(shí)序要求，編寫(xiě)驅動(dòng)、接口等，靈活地控制并實(shí)現復雜的時(shí)序。其中可以按照自己的需求靈活地定義狀態(tài)、標志位、控制位等。設計完成后，獨立添加到SOPC Builder，用戶(hù)可以直接使用。該方法比單純利用PIO內核更加節省處理器的開(kāi)銷(xiāo)，充分發(fā)揮了處理器的能力[4?6]。