用CPLD實現(xiàn)DSP與PLX9054之間的連接

 CPLD為設(shè)計任務(wù)從最簡單的PAL綜合設(shè)計到先進的實時硬件現(xiàn)場升級提供了全套的解決方法。本文討論如何使用Xilinx公司的CPLD器件XC9500LV實現(xiàn)PLX9054的局部總線 (local bus)和DSP的HPI口之間的實時通信。采用這種設(shè)計可以以單字或DMA方式完成主機與DSP之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率達到16Mb/s?？梢詰?yīng)用于實時的圖形、圖像及動畫處理場合。

       設(shè)計需求

       local bus接口要求

       PLX9054是PCI接口專用主從器件，包括通信、網(wǎng)絡(luò)、磁盤控制、多媒體等高性能接口功能

。PLX9054可以以多種方式實現(xiàn)從pci總線端到局部總線端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，如直接傳輸，DMA控制傳輸?shù)?。pci總線和局部總線之間以6個可編程FIFO連接，可實現(xiàn)突發(fā)并行傳輸。通過串行EEPROM或PCI主控設(shè)備對PLX9054內(nèi)部的配置寄存器進行設(shè)置。通過配置EEPROM，設(shè)置PLX9054作為PCI總線的從設(shè)備，工作在C模式下(數(shù)據(jù)、地址總線非復(fù)用)，局部總線數(shù)據(jù)寬度為16bit，并使能外部設(shè)備就緒信號READY，禁止無限爆發(fā)操作(屏蔽BTERM bit)。

       局部總線端的讀、寫時序基本相同。以寫周期為例說明。首先，PLX9054通過置LHOLD信號有效來申請局部總線的主控權(quán)，在收到局部總線仲裁的響應(yīng)信號LHOLDA之后，PLX9054成為局部總線的主控。隨后置ADS#信號為低，使得地址總線信號LA[31:2]、字節(jié)使能信號LBE[3:0]和讀寫選擇信號LW/R#進入有效狀態(tài)。一個LCLK周期之后，PLX9054停止驅(qū)動ADS#。這時，地址總線LA[31:2]上的地址信號將保持有效，直至數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)有效，并保持一個LCLK周期。數(shù)據(jù)線LD[15:0]上的數(shù)據(jù)信號由READY#驅(qū)動，在讀、寫操作周期，READY#分別表示局部總線設(shè)備已經(jīng)準備好發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)。BLAST#信號由PLX9054提供，BLAST#信號為低，表示一次傳輸?shù)淖詈笠粋€字節(jié)，BLAST#的上升沿標志一次數(shù)據(jù)傳輸完成。一個LCLK周期之后，PLX9054拉低LHOLD，放棄對局部總線的主控權(quán)。局部總線仲裁響應(yīng)PLX9054的LHOLD信號，拉低LHOLDA，收回局部總線主控權(quán)，這時的局部總線置于閑置狀態(tài)。這里，PLX9054作為局部總線主控權(quán)的唯一申請者，只要提出總線申請，局部總線仲裁就立即響應(yīng)該申請。

       HPI設(shè)計要求

       HPI是一種數(shù)據(jù)寬度為16bit的并行端口，通過HPI，主機可以直接對CPU的存儲器空間進行操作。HPI內(nèi)部加入了兩個8級深度的讀寫緩沖，可以執(zhí)行地址自增的讀寫操作，提高了讀寫操作的吞吐量。HPI為內(nèi)部CPU提供了標準32bit的數(shù)據(jù)接口，而它為外部主機提供了一個經(jīng)濟的16bit接口，所以對外部主機而言，每次讀寫必須執(zhí)行成對的16bit操作。

       HPI內(nèi)部有3個寄存器，分別是控制寄存器(HPIC)，地址寄存器(HPIA)和數(shù)據(jù)寄存器(HPID)。這3個寄存器可以直接被主機訪問，主機每執(zhí)行一次對CPU內(nèi)部存儲空間的訪問，都必須先對控制寄存器和地址寄存器寫入相應(yīng)的值，然后才能對數(shù)據(jù)寄存器進行讀寫操作。HPI的外部接口由數(shù)據(jù)總線HD[15:0]以及一部分用于描述和控制HPI的控制信號組成，這些控制信號包括：

       HCNTL[1:0]：控制HPI的操作類型。

       HHWIL：半字確認輸入，“0”，“1”分別表示一次字傳輸?shù)牡谝粋€半字和第二個半字。

       HR/W#：讀/寫選擇。

       HRDY#：就緒狀態(tài)標志。

       HINT#：中斷標志，DSP向主機提中斷。

       HAS#：區(qū)別地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線的數(shù)據(jù)與地址。

       HDS1#，HDS2#，HCS#：數(shù)據(jù)選通輸入，共同作用產(chǎn)生一個HPI內(nèi)部選通信號HSTROBE#：

       HSTROBE# = [NOT(HDS1# XOR HDS2#)] OR HCS#。

       對于一個寫HPI的操作，首先使能HCS#，變化HDS1#或HDS2#，使得HSTROBE#信號產(chǎn)生一個下降沿。HPI這個下降沿采樣控制信號HCNTL[1:0]、HHWIL和HR/W#，使能HCS#的同時，扇出HRDY#。主機進入等待狀態(tài)，直到HRDY#產(chǎn)生下降沿，表明HPID已清空，可以接收新的數(shù)據(jù)。這時HSTROBE#產(chǎn)生一個上升沿，采樣HD[15:0]上的數(shù)據(jù)送入HPID，完成第一個半字的寫入。對于第二個半字的寫入，由于32bit的HPID已經(jīng)清空，可以直接寫入數(shù)據(jù)，不會出現(xiàn)未準備好的情況，所以HRDY#一直保持為低。與第一個字節(jié)的寫入相同，在HSTROBE#的下降沿采樣控制信號，HSTROBE#的上升沿采樣數(shù)據(jù)總線HD[15:0]的數(shù)據(jù)送入HPID，完成一個32bit的寫入操作。

       對于讀HPI的操作，當HCS#變成有效，在主機不采用地址自增方式從HPID執(zhí)行讀操作時(case1)，HPI會向內(nèi)部地址產(chǎn)生硬件送一個讀請求。HCS#的下降沿使得HRDY#變?yōu)楦唠娖剑钡絻?nèi)部地址產(chǎn)生硬件將請求的數(shù)據(jù)裝載進HPID，HRDY#變?yōu)橛行顟B(tài)。數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)為讀出的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)保持有效，直到HSTROBE#上升沿采樣數(shù)據(jù)后的10ns左右。在第二次讀操作開始時，數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)在HPID上了，因此，第二個半字的讀操作將不會遇到未準備好的情況 。在HPID以地址自增的方式進行讀操作時，HCS#在整個多個字節(jié)的傳輸過程中始終保持有效，一旦完成現(xiàn)在的讀操作，下一地址的數(shù)據(jù)馬上被取出。因此，完成現(xiàn)在讀操作的第二個半字的傳輸之后(在HSTROBE#的第二個上升沿)，由HSTROBE#的下降沿(通過變化HDS1#或者HDS2#來產(chǎn)生)扇出HRDY#信號，用于指示HPI正忙于數(shù)據(jù)的預(yù)讀取。

       設(shè)計實現(xiàn)

       CPLD的功能是要完成局部總線端和HPI端口之間控制信號和數(shù)據(jù)總線的連接，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過以上對局部總線和HPI的讀寫時序的分析得知，一些關(guān)鍵信號，例如HCS#、READY#和HRDY#的時序設(shè)計很重要，整個CPLD設(shè)計的主要任務(wù)也是圍繞這幾個信號的設(shè)計展開的。

       由HCS#、HDS1#和HDS2#共同作用產(chǎn)生的HPI口內(nèi)部信號HSTROBE#的上升沿和下降沿直接控制著送入HPI端口的數(shù)據(jù)信號和控制信號，并且HSTROBE#變化的速率決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩虼怂且粋€非常關(guān)鍵的信號。這里，HCS#信號作為字節(jié)傳輸標志信號，在一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中始終保持有效。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之后，將HCS#拉高，從而控制HRDY#信號恢復(fù)到初始狀態(tài)，為下一次讀寫操作做好準備。HDS1#或者HDS2#中的一個固定接高電平，變化另外一個來控制HSTROBE#產(chǎn)生上升沿和下降沿。這里將HDS1#固定接高電平，由ADS#和HRDY#信號產(chǎn)生邏輯來控制HDS2#信號。當HRDY#處于無效狀態(tài)，即HPI端口未準備就緒時，HDS2#信號不變，不采樣任何信號；當HRDY#有效時，HCS2#信號同ADS#信號保持一致，在ADS#的下降沿采樣控制信號，上升沿采樣數(shù)據(jù)信號。另外，在一次傳輸開始之前和結(jié)束之后，HDS2#都要保持為高電平。