基于FPGA的PEX8311的LBS控制器的實(shí)現(xiàn)

摘要：通過對(duì)LBS控制器的控制信號(hào)、LBS總線讀寫操作時(shí)序、LBS狀態(tài)機(jī)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高效、可靠的LBS控制器來實(shí)現(xiàn)FPGA和PEX8311的通信系統(tǒng)，在PEX8311和FPGA接口中運(yùn)行狀態(tài)正常，穩(wěn)定性強(qiáng)，成功應(yīng)用于某視頻采集卡、某PCIe數(shù)據(jù)采集卡等，基于FPGA設(shè)計(jì)的LBS控制器具有靈活性強(qiáng)、可編程能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：FPGA；PCIe；PEX8311；LBS；狀態(tài)機(jī)

0 引言
PLX的一款橋芯片PEX8311可將標(biāo)準(zhǔn)處理器、DSP和FPGA總線接口升級(jí)為PCI Express(PCIe)。PEX8311單道PCIe至32位、66 MHz通用局部總線橋可在兩種標(biāo)準(zhǔn)間轉(zhuǎn)換協(xié)議，它可用于通訊線路卡、監(jiān)視系統(tǒng)、工業(yè)控制、IP媒體服務(wù)器和醫(yī)療成像系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)可升級(jí)的高帶寬互聯(lián)。采用根聯(lián)合體或終端點(diǎn)的PCI嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)可采用PEX8311橋芯片移植到PCIe。本文就是基于PEX8311和FPGA來實(shí)現(xiàn)PCIe標(biāo)準(zhǔn)1x傳輸。

1 系統(tǒng)介紹
FPGA和PEX8311之間通過LBS(LocalBus)來連接、發(fā)送和接收命令及數(shù)據(jù)，其中FPGA主要控制LBS的運(yùn)行，本文通過設(shè)計(jì)一個(gè)高效、可靠的LBS控制器來實(shí)現(xiàn)FPGA和PEX8311的通信。如圖1所示。

本系統(tǒng)的控制的核心是LBS控制器，該控制器是通過FPGA采用VerilogHDL實(shí)現(xiàn)的，其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性強(qiáng)、不會(huì)造成死機(jī)，避免了常規(guī)的PC I，PCIe板卡類經(jīng)常死機(jī)的問題，其次是傳輸速率高，充分利用LBS的時(shí)序，減少無用的等待時(shí)間。
FPGA采用Altera公司的Cyclone3系列的3C120款FPGA芯片。Cyclone3是功耗最低、成本最低的高性能FPGA產(chǎn)品，鑒于上述特點(diǎn)本設(shè)計(jì)采用它來實(shí)現(xiàn)PCIe的傳輸功能。
PEX8311是PLX公司的一款x1的PCI Express接口芯片，本地端總線頻率最高可達(dá)66 MHz，數(shù)據(jù)位寬為32 b。PEX8311有主模式、從模式和DMA三種數(shù)據(jù)傳輸模式，可靈活、方便地與各CPU，F(xiàn)PGA和ASIC無縫連接，實(shí)現(xiàn)高速傳輸。

2 LBS控制器設(shè)計(jì)
2．1 控制信號(hào)介紹
Hold信號(hào)：請(qǐng)求控制總線的信號(hào)，F(xiàn)PGA向PEX8311發(fā)出控制總線的請(qǐng)求。
Holda信號(hào)：PEX8311響應(yīng)FPGA請(qǐng)求的信號(hào)。
LCLK信號(hào)：時(shí)鐘輸入信號(hào)。
ADS信號(hào)：地址選通信號(hào)。
BLAST信號(hào)：最后一個(gè)數(shù)據(jù)的同步信號(hào)。
LA[31：2]信號(hào)：地址線。
LD[31：0]信號(hào)：數(shù)據(jù)線。
LW／R信號(hào)：讀寫控制。
Ready信號(hào)：數(shù)據(jù)有效信號(hào)。
2．2 LBS總線讀寫操作時(shí)序介紹
LBS總線操作有單次讀寫和Burst讀寫方式，本設(shè)計(jì)中采用單次讀寫設(shè)計(jì)用來傳輸FPGA內(nèi)部的寄存器讀寫控制，這些寄存器是用于配置各邏輯模塊的功能控制，通過CPU或軟件來實(shí)時(shí)控制；Burst讀寫方式主要用于大批量數(shù)據(jù)傳輸，本文中主要是傳輸高速的DDR數(shù)據(jù)，利用Burst傳輸方式可以實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)大容量數(shù)據(jù)傳輸，充分利用LBS的傳輸帶寬，提高傳輸效率。
2．3 PEX8311芯片介紹
PEX8311芯片的LBS端具有32位數(shù)據(jù)總線寬度和66 MHz時(shí)鐘頻率，PEX8311支持三種LBS總線接口模式：C模式，J模式和M模式，可方便地與多種微處理器連接。接口模式由MODE0和MODE1兩管腳確定。本設(shè)計(jì)采用時(shí)序邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單的C模式，即非復(fù)用的地址／數(shù)據(jù)總線模式。PEX8 311支持三種局部總線數(shù)據(jù)傳輸模式：?jiǎn)沃芷谀Ｊ?、四周期突發(fā)模式、連續(xù)突發(fā)模式。
DMA傳輸數(shù)據(jù)使傳輸任務(wù)從主控設(shè)備中解脫出來，由短且有效的傳輸描述符來承擔(dān)，讓主控設(shè)備可以有時(shí)間去處理其他事件。PEX8311有兩個(gè)DMA通道，可以同時(shí)處理兩側(cè)總線上要求的傳輸，免去外部設(shè)備的等待。另外，DMA傳輸可以與主模式和從模式傳輸同步操作，但后兩者比DMA傳輸優(yōu)先級(jí)高。考慮到DMA傳輸有以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中PCI Express接口部分采用連續(xù)突發(fā)模式DMA塊傳輸模式，LBS總線接口采用C模式。