Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế transaction layer cho PCI Express 5.0 trong công nghệ điện tử viễn thông

• Tác giả: Ngô Trương Doan Hy
• Người hướng dẫn: ThS. Đậu Trọng Hiển
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử, viễn thông
• Đề tài: Thiết kế Transaction Layer Modeling cho PCI Express 5.0
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. DANH MỤC BẢNG
• 1.2. DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1.3. CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1.4. Giới thiệu đề tài
• 1.5. Mục tiêu thiết kế
• 1.6. Ngôn ngữ và phần mềm thiết kế
• 1.7. PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT EXPRESS (PCIE)
• 1.7.1. Giới thiệu PCI Express 5.0
• 1.7.2. Các lớp (Layer) trong PCI Express
• 1.7.2.1. Physical Layer (lớp vật lý)
• 1.7.2.2. Data Link Layer (lớp liên kết dữ liệu)
• 1.8. TRANSACTION LAYER TRONG PCI EXPRESS
• 1.8.1. Transaction Layer trong kiến trúc PCI Express
• 1.8.2. Transaction Layer Dữ liệu
• 1.8.2.1. Phân loại TLP
• 1.8.2.2. Định dạng TLP
• 1.9. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 1.9.1. Yêu cầu và lưu ý thiết kế hệ thống
• 1.9.1.1. Yêu cầu của hệ thống
• 1.9.1.2. Sơ đồ khối và hoạt động
• 1.9.2. Các khối giao tiếp với TLM và TLM
• 1.9.3. Transaction Layer Modeling (TLM)
• 1.9.3.1. Hoạt động của hệ thống
• 1.9.3.2. Thiết kế hệ thống
• 1.9.3.2.1. FIFO Req/Ack
• 1.9.3.2.2. Transaction Layer Multiplexing (TLMux)
• 1.9.3.2.3. Round-Robin Mux
• 1.9.3.2.3.1. RX PCIe Handler
• 1.9.3.2.3.2. TX PCIe Handler
• 1.9.3.2.4. Chức năng dừng tạm thời của hệ thống
• 1.9.4. So sánh và kết luận
• 1.10. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ SYNTHESIS
• 1.10.1. Kết quả mô phỏng
• 1.10.2. Kết quả Synthesis
• 2. KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 2.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế mô hình

Thiết kế mô hình là trọng tâm của đồ án, tập trung vào việc phát triển Transaction Layer Modeling (TLM) cho PCI Express 5.0. Mô hình này được thiết kế để mô phỏng chính xác các giao tiếp tại lớp Transaction Layer, đảm bảo tính đúng đắn và hiệu quả trong việc truyền dữ liệu. Quy trình thiết kế bao gồm việc lập trình mô hình TLM, tạo môi trường mô phỏng, và thực hiện quá trình synthesis để đánh giá độ phức tạp và tài nguyên cần thiết.

1.1. Thiết kế phần cứng

Thiết kế phần cứng sử dụng ngôn ngữ SystemVerilog, một công cụ mạnh mẽ cho việc mô tả và mô phỏng vi mạch số. Các phần mềm như VCS Compiler, DVE, và RTL Architecture từ Synopsys được sử dụng để biên soạn mã, mô phỏng, và synthesis. Quá trình này giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo mô hình hoạt động ổn định trong các tình huống thực tế.

1.2. Tối ưu hóa hiệu suất

Tối ưu hóa hiệu suất là một yếu tố quan trọng trong thiết kế mô hình. Mô hình TLM được thiết kế để hoạt động với tần số cao, hỗ trợ truyền/nhận nhiều kênh, và quản lý lưu lượng dữ liệu hiệu quả. Các cơ chế như tạm dừng hệ thống mà không mất dữ liệu và tự động khôi phục kênh truyền khi xảy ra sự cố được tích hợp để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao.

II. Transaction Layer trong PCI Express 5

Transaction Layer là lớp quan trọng trong kiến trúc PCI Express 5.0, đảm nhiệm việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị. Lớp này sử dụng giao thức Split-Transaction để xử lý đồng thời nhiều giao dịch, tăng hiệu suất truyền dữ liệu. Các chức năng chính bao gồm phân loại và xử lý TLP (Transaction Layer Packet), kiểm soát luồng dữ liệu, và bảo vệ dữ liệu.

2.1. Giao thức Split Transaction

Giao thức Split-Transaction chia giao dịch thành hai phần: Request Phase và Completion Phase. Điều này cho phép xử lý đồng thời nhiều giao dịch, giảm độ trễ và tận dụng tối đa băng thông. Giao thức này là nền tảng cho việc thiết kế mô hình TLM, đảm bảo tính hiệu quả và ổn định trong việc truyền dữ liệu.

2.2. Kiểm soát luồng dữ liệu

Kiểm soát luồng dữ liệu được thực hiện thông qua cơ chế credit-based flow control, giúp quản lý lượng dữ liệu truyền giữa các thiết bị. Cơ chế này đảm bảo rằng thiết bị nhận có thể xử lý dữ liệu một cách hiệu quả, tránh tình trạng quá tải và mất dữ liệu. Đây là yếu tố quan trọng trong việc thiết kế mô hình TLM, đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao.

III. Ứng dụng và giá trị thực tiễn

Đồ án không chỉ mang lại kiến thức chuyên sâu về thiết kế vi mạch số mà còn cung cấp các kỹ năng thực hành quan trọng trong việc áp dụng các chuẩn giao tiếp như PCIe 5.0. Mô hình TLM được thiết kế có thể ứng dụng trong các hệ thống máy tính hiện đại, hỗ trợ các thiết bị như card đồ họa, card mạng, và ổ cứng SSD.

3.1. Ứng dụng trong công nghệ viễn thông

Công nghệ viễn thông là lĩnh vực hưởng lợi lớn từ mô hình TLM. Việc thiết kế và tối ưu hóa Transaction Layer giúp cải thiện hiệu suất truyền dữ liệu trong các hệ thống mạng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về băng thông và tốc độ truyền dữ liệu. Điều này mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực viễn thông.

3.2. Giá trị trong đào tạo và nghiên cứu

Đồ án có giá trị lớn trong việc đào tạo và nghiên cứu, giúp sinh viên và kỹ sư hiểu sâu hơn về quy trình thiết kế RTL và các chuẩn giao tiếp hiện đại. Đây là bước đệm quan trọng để phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao trong ngành công nghệ điện tử viễn thông, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp vi mạch tại Việt Nam.