利用以太網(wǎng)硬件在環(huán)路實(shí)現(xiàn)高帶寬DSP仿真

通常情況下，在設(shè)計基于FPGA的大型信號處理系統(tǒng)的時候，設(shè)計人員往往需要進(jìn)行費(fèi)時費(fèi)力的仿真。以Xilinx System Generator for DSP為代表的FPGA設(shè)計工具，通過提供可靠的硬件在環(huán)接口（該接口可以直接將FPGA硬件置入設(shè)計仿真），來解決這種問題。 通過在硬件上模擬部分設(shè)計，這些接口可以大大提高仿真的速度——通?？梢蕴岣咭粋€甚至多個數(shù)量級。使用硬件在環(huán)還可以讓設(shè)計人員實(shí)時進(jìn)行FPGA硬件調(diào)試和驗(yàn)證。

System Generator for DSP 可以為多類FPGA開發(fā)平臺提供硬件在環(huán)接口。這些平臺通常通過不同的物理接口和PC建立通信。舉例來說，一個JTAG協(xié)仿真接口可以允許任何一個具備JTAG頭和Xilinx FPGA的FPGA板在System Generator for DSP內(nèi)部進(jìn)行協(xié)仿真。其它類型的板卡，比如XtremeDSPTM開發(fā)工具套件，是通過PCI總線進(jìn)行通信的。直到最近以來，具有高存儲帶寬和吞吐率要求的系統(tǒng)協(xié)仿真（例如視頻和圖像處理），還只能在那些通過 PCI或者是 PCMCIA接口直接與PC建立通信的開發(fā)板上進(jìn)行。

基 于以太網(wǎng)的協(xié)仿真 System Generator for DSP 8.1內(nèi)含一個全新的以太網(wǎng)協(xié)仿真接口，該接口首次讓Xilinx ML402 評估平臺具備了高帶寬協(xié)仿真的能力。ML402開發(fā)板將直接通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜或者通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程連接到計算機(jī)上。

接口的核心是Xilinx三態(tài)以太網(wǎng) MAC核，它可以支持10/100/1000 Mbps半雙工和全雙工操作模式。當(dāng)設(shè)計人員通過使用以太網(wǎng)硬件協(xié)仿真接口生成一個設(shè)計的時候，System Generator for DSP將自動在設(shè)計周圍建立必要的邏輯，從而在仿真的過程中，通過以太網(wǎng)連接與FPGA進(jìn)行通信（圖1）。 你還可以雙擊任意一個設(shè)計的System Generator模塊打開它的參數(shù)配置對話框，從而生成一個用于以太網(wǎng)硬件協(xié)仿真的設(shè)計。在編譯菜單下，從硬件協(xié)仿真菜單中選擇ML402/Ethernet編譯（參見圖2）。你可以在兩種不同的以太網(wǎng)協(xié)仿真模式中進(jìn)行選擇。

基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)仿真 基于網(wǎng)絡(luò)的接口可以讓開發(fā)人員對那些連至標(biāo)準(zhǔn)IPv4網(wǎng)絡(luò)的FPGA硬件進(jìn)行協(xié)仿真。由于IPv4這種網(wǎng)絡(luò)幾乎無處不在，基于網(wǎng)絡(luò)的接口，為與連接至有線或者無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程FPGA開發(fā)板建立通信提供了一條便捷的途徑。該接口在后臺管理著通信細(xì)節(jié)和錯誤處理過程（在丟包后重新進(jìn)行傳送）。System Generator for DSP通過分析ML402板的IP地址來決定在協(xié)仿真過程中與哪個平臺進(jìn)行通信（圖3）。

點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)仿真 第二種以太網(wǎng)協(xié)仿真的模式則是一種點(diǎn)對點(diǎn)接口，該接口使用原始的以太網(wǎng)幀，通過數(shù)據(jù)鏈路層與ML402板建立高帶寬通信。與基于網(wǎng)絡(luò)的模式不同的是，點(diǎn)對點(diǎn)接口側(cè)重于本地網(wǎng)段上的低層通信。協(xié)仿真的數(shù)據(jù)則通過連接ML402板和計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)UTP以太網(wǎng)電纜進(jìn)行傳送。這意味著，你的計算機(jī)必須具備一個空閑的以太網(wǎng)插口以建立連接。

點(diǎn)對點(diǎn)接口可以支持千兆位級以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如果該接口被配置為可以使用巨型幀，數(shù)據(jù)的傳送性能將大大提高。使用這種接口連接方式，你甚至可以對超帶寬應(yīng)用進(jìn)行協(xié)仿真。 器件配置 上述兩種以太網(wǎng)協(xié)仿真接口都支持一種新的器件配置方法，即利用Xilinx System ACETM解決方案支持給予以太網(wǎng)的配置。這種配置過程可以在相同的用于協(xié)仿真的以太網(wǎng)連接上進(jìn)行，因此消除了對二次編程電纜（如Xilinx Parallel Cable IV或者Platform Cable USB）的需求。ML402開發(fā)板還搭載了一個Compact Flash卡，它包含一個特殊的啟動加載程序映像，該映像在上電的時候會自動下載至FPGA。該映像可以利用在仿真開始時通過以太網(wǎng)電纜傳輸?shù)男碌腇PGA協(xié)仿真的數(shù)據(jù)位流對FPGA進(jìn)行重新配置。整個配置過程都由System Generator for DSP以透明方式進(jìn)行操控。 設(shè)計示例 一個命名為conv5x5_video_ex的5