基于ADSP-TS201S的多DSP并行系統(tǒng)設(shè)計
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4 FPGA與外設(shè)接口設(shè)計
4．1 FPGA選型
現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是在專用ASIC的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它克服了專用ASIC不夠靈活的缺點(diǎn)。其內(nèi)部的具體邏輯功能可以根據(jù)需要配置，對電路的修改 和維護(hù)很方便。目前，F(xiàn)PGA的容量已經(jīng)跨過了百萬門級，使得FPGA成為解決系統(tǒng)級設(shè)計的重要選擇方案之一。現(xiàn)在FPGA已經(jīng)成為多種數(shù)字信號處理應(yīng)用 的強(qiáng)有力的解決方案。由于可編程方案的靈活性，DSP系統(tǒng)設(shè)計可以適應(yīng)日益變化的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和性能需求。Vir-tex-5系列是當(dāng)前市場上最新，功能最 強(qiáng)大的FPGA，它采用65 nm芯片制造工藝，具有先進(jìn)的高性能和理想應(yīng)用的FPGA結(jié)構(gòu)。主要性能指標(biāo)如下：
(1)強(qiáng)大的時鐘管理能力；
(2)片上集成高達(dá)36 Kb的塊RAM和FIFO存儲器資源；
(3)高性能并行Select I／O技術(shù)和先進(jìn)的DSP48Eslice；
(4)靈活地加載和配置方案以及在所有設(shè)備上的系統(tǒng)監(jiān)測能力；
(5)集成100 Mb／s～3．75 Gb／s的Rocket I／OGTP收發(fā)器，150Mb／s～6．5 Gb／s的Rocket I／OGTX收發(fā)器；
(6)強(qiáng)大的片上微處理器PowerPC440。
綜合處理板功能需求，性能分析、系統(tǒng)兼容以及I／O管腳需求等各因素，F(xiàn)PGA選擇Xilinx公司的Vir-tex-5系列XC5VSX50TFF1136芯片。
4．2 FPGA設(shè)計
根據(jù)系統(tǒng)功能要求，F(xiàn)PGA的任務(wù)主要分為4大部分。
(1)控制數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的傳輸邏輯
在設(shè)計時，將圖2控制總線中的所有信號都連接到FPGA中，由FPGA來統(tǒng)一調(diào)度數(shù)據(jù)在DSP之間以及DSP與外部存儲器之間的傳輸。這樣為任務(wù)并行處理 的分配和雷達(dá)信號流水線式的處理在處理算法上提供了最大程度的簡便，并能充分發(fā)揮DSP處理復(fù)雜算法的運(yùn)算能力。
(2)控制數(shù)據(jù)緩存區(qū)(FIFC))的數(shù)據(jù)寫入與讀取，通過外部中斷IRQ控制DSP與FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸
由于外部4片F(xiàn)IFO每兩片擴(kuò)展接成32位輸出／輸入方式，因此FPGA與FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時采用單向數(shù)據(jù)傳輸方式。在單向數(shù)據(jù)傳輸時采用數(shù)據(jù)塊方式 傳輸，通過將握手信號連接到DSP的IRQx來產(chǎn)生中斷或者FLAGx，F(xiàn)PGA將從外部處理板接收到的數(shù)據(jù)寫入輸入緩存區(qū)，并在完成一幀后給并行DSP 輸出中斷，DSP從FIFO讀取完一幀數(shù)據(jù)后通過握手信號向FPGA告知可以進(jìn)行下一幀數(shù)據(jù)的傳送。
(3)控制通過LINK口與DSP之間的通信
鏈路口通信有自己的通信協(xié)議，F(xiàn)PGA電路只需要按照鏈路口的通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計。ADSP-TS201S的鏈路口采用的是獨(dú)立的發(fā)送和接收通道，因此對應(yīng) 的FPGA也采用不同的接收電路和發(fā)送電路。FPGA接收或者發(fā)送DSP鏈路口邏輯電路都主要由兩部分組成：接收／發(fā)送模塊和接收緩沖／發(fā)送緩沖。接收模 塊用來與DSP鏈路口發(fā)送通道進(jìn)行接口和數(shù)據(jù)拆包處理，發(fā)送模塊用來與DSP鏈路口接收通道進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)打包處理；接收緩沖／發(fā)送緩沖分別是用來配合接 收模塊和發(fā)送模塊進(jìn)行傳輸時作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并實現(xiàn)與系統(tǒng)中其他接口或者FPGA中的其他模塊的接口的數(shù)據(jù)傳輸功能。
(4)控制CPCI接口模塊與CPCI總線間的數(shù)據(jù)傳輸
CPCI接口模塊由PCI9656組成，在FPGA中劃定一個獨(dú)立的功能模塊作為實現(xiàn)CPCI總線協(xié)議的接口控制器。該控制器主要包含一個FIFO控制邏 輯，完成本地板卡與CPCI總線之間的數(shù)據(jù)傳輸。主要完成以下功能：與PCI9656配合實現(xiàn)CPCI總線對目標(biāo)設(shè)備的讀和寫、緩沖CPCI總線與 FIFO之間傳送的數(shù)據(jù)、控制FIFO的讀寫。本地讀寫CPCI總線只需對FIFO進(jìn)行讀寫操作即可。
4．3 CPCI傳輸接口設(shè)計
為了保證本系統(tǒng)與后面板上其他處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和效率，在設(shè)計中采用PCI9656作為CPCI接口芯片。PCI9656作為專門 的I／O加速器，支持CPCI格式傳輸，數(shù)據(jù)傳輸時鐘主頻最高為66 MHz，數(shù)據(jù)傳輸帶寬為64 b。其峰值傳輸速率可達(dá)528 MB／s，通過系統(tǒng)框圖可以看到，在設(shè)計中使用了CPCI的J1，J2，J3，J4四個接口，根據(jù)CPCI傳輸協(xié)議，J1和J2為64位PCI數(shù)據(jù)傳輸接 口。J3，J4為自定義方式接口，設(shè)計中定義J3為處理板和后面板的數(shù)據(jù)傳輸接口，J4為上下處理板間的數(shù)據(jù)傳輸接口。
4．4 外部設(shè)備接口設(shè)計
本系統(tǒng)通過公用總線連接的存儲器資源有：4個擴(kuò)展應(yīng)用的SDRAM，2個FLASH，2對擴(kuò)展應(yīng)用的FIFO，以及DSP片內(nèi)存儲器資源。所有存儲器資源都通過統(tǒng)一的地址空間映射來進(jìn)行區(qū)分。ADSP-TS201S的32位地址總線提供了高達(dá)4 GB的尋址空間，可以劃分為4部分：
(1)主機(jī)尋址空間。地址映射范圍0X80000000～0XFFFFFFFF，用于片外主機(jī)接口的地址映射空間。
(2)外部存儲塊空間。地址映射范圍0X30000000～0X7FFFFFFF，用于處理器外圍設(shè)備存儲器接口地址空間映射，包括通用的存儲器設(shè)備和SDRAM存儲器。設(shè)計中主要對此空間進(jìn)行劃分，為外部存儲器分配單獨(dú)和惟一的地址空間。
(3)多處理器空間。地址映射范圍0XOC000000～0X2FFFFFFF，主要用于多處理器構(gòu)成的系統(tǒng)各個處理器間相互共享內(nèi)部存儲空間映射。
(4)片內(nèi)存儲空間。地址映射范圍0X00000000～0X03FFFFFF，定義內(nèi)部存儲器空間映射。
外部存儲器可以分為SDRAM尋址空間和外部通用存儲空間。設(shè)計中，擴(kuò)展連接的SDRAM將分配占用SDRAM尋址空間，而外部FLASH和FIFO將分配占用通用存儲空間。
每兩片SDRAM擴(kuò)展連接為64位形式，設(shè)計用MSSD0和MSSDl分別作為每兩片SDRAM的共用片選信號的控制信號，對應(yīng)SDRAM尋址空間為0X4000 0000～0X44000000和0X50000000～OX54000000，可以分別獲得128 MB的存儲器尋址范圍，滿足SDRAM尋址要求。
外部兩片F(xiàn)LASH的尋址空間劃分分別通過MS0_AB與BMS_AB和MS0_CD與BMS_CD這兩組信號作為片選信號，分配尋址空間為0X30000000～0X34 000000和0X34000000～0X348000000，尋址空間范圍為128 MB。
外部4片F(xiàn)IFO，每兩片擴(kuò)展接成32位輸出／輸入方式，在進(jìn)行地址映射時，實際上可以映射到一個地址尋址空間，而通過控制讀寫信號來進(jìn)行區(qū)分，使用 MSl信號作為FIFO使能信號，獲得分配的尋址空間0X38000000～0X40000000。為方便邏輯控制，MS1信號腳連接到FPGA上，通過 FPGA的邏輯譯碼來獲得對FIFO的尋址控制。
另外，將ADSP TS201S的高八位地址線也連接到FPGA上，通過邏輯譯碼進(jìn)一步可以獲得較為細(xì)致的地址劃分方案，為設(shè)計帶來更多的靈活性，同時也確保了設(shè)計的可靠性。
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