基于CPCI總線和TS201的通用雷達信號處理板設(shè)計

摘 要：在介紹ADI公司TigerSharc系列處理器ADSP―TS201和PLX公司PCI9656這兩款芯片，詳細闡述處理板的整體結(jié)構(gòu)和DSP與PCI9656的接口電路設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，提出一種ADSP―TS201基于橋芯片PCI9656實現(xiàn)與CPCI總線通信的雷達信號處理板的設(shè)計方案，實現(xiàn)RocketIO到DSP數(shù)據(jù)的高速傳輸，它克服了傳統(tǒng)雷達信號處理板通用性差的缺點。
關(guān)鍵詞：CPCI總線；DSP；橋芯片；鏈路口

0 引 言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的雷達信號處理系統(tǒng)由于專用性強，兼容性差，影響了系統(tǒng)的通用性和其擴展能力，不能滿足現(xiàn)代雷達實時高速的信號處理需求。設(shè)計通用并行信號處理系統(tǒng)己經(jīng)成為高速實時信號處理發(fā)展的必然趨勢，而基于CPCI總線的多DSP信號處理模板設(shè)計是該領(lǐng)域的研究熱點之一。該設(shè)計針對傳統(tǒng)雷達信號處理系統(tǒng)通用性和擴展能力差提出一種ADSP―TS201基于PCI9656橋芯片實現(xiàn)與CPCI總線通信的高速、通用性強的信號處理系統(tǒng)，并介紹一種DSP與PCI9656的接口電路設(shè)計。

1 器件介紹
1．1 ADSP―TS201
ADSP―TS201是ADI公司TigerSHARC系列中集成了定點和浮點計算功能的高速DSP。ADSP―TS201內(nèi)部4條相互獨立的128位寬度的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，每條連接6個2 Mb內(nèi)部存儲區(qū)塊中的一個，提供各自數(shù)據(jù)、指令集I／O訪問和28 GB／s的內(nèi)部存儲器寬帶；處理器內(nèi)核最高可工作在600 MHz，單周期能執(zhí)行4條指令，每秒能進行3．4億次乘累加和2．8億次浮點操作，是面向通信和視頻領(lǐng)域的高端DSP。ADSP―TS201有14通道的DMA控制器；4個鏈路口可用于與其他DSP進行無縫聯(lián)接，實現(xiàn)高速度高數(shù)據(jù)吞吐率。鏈路口可以4位并行方式傳輸，也可以編碼為1位傳輸方式。通常以4位并行方式傳輸，當處理器核工作在500 MHz時，鏈路口也可工作在500 MHz，每個鏈路口的雙向數(shù)據(jù)吞吐率可達1 000 MB／s，4個鏈路口合起來數(shù)據(jù)吞吐率可達4 GB／s；集成SDRAM控制器最大支持256 M×32 b的內(nèi)存容量，方便與外部SDRAM連接。ADSP―TS201適合對大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)處理實時性要求高的應(yīng)用領(lǐng)域。TigerSHARC系列的DSP接口豐富，外部設(shè)備接口包括SDRAM控制器、EPRoM接口、主機接口、多處理器接口；其引導(dǎo)程序的加載方法也非常靈活，可根據(jù)實際系統(tǒng)設(shè)計的需要靈活選用。
1．2 PCI9656
PCI9656是PLX公司推出的與PCI9054相兼容的、能提供混合高性能PCI總線的接口控制芯片，采用了業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)流水線架構(gòu)技術(shù)，符合PCI V2．2規(guī)范。PCI9656的工作狀態(tài)包括以下兩個方面：工作方式和局部總線操作模式。PCI9656的工作方式包括直接主模式、直接從模式和DMA模式，它的局部總線操作模式有M模式、C模式和J模式。它具有64位數(shù)據(jù)線66 MHz時鐘的PCI總線接口和32位數(shù)據(jù)總線66 MHz時鐘的Loeal端接口；配有的DMA引擎可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸；具有PCI優(yōu)先判決器，支持7個外部主控制器；可以通過消息管理I／O，提供兩種方式選擇，一是通過郵箱寄存器和門鈴寄存器；二是通過所提供的I2O接口。它有64 b／66 MHz PCI性能，符合PCIV2．2規(guī)范，采用數(shù)據(jù)。設(shè)計者可以將芯片32 b，66 MHz局部總線與各類高速設(shè)備，如DSP、存儲器、自定義ASIC和FPGA連接，通過PCI9656數(shù)據(jù)流水架構(gòu)使其局部端連接設(shè)備具有64 b／66 MHz的PCII／O性能。

2 系統(tǒng)工作原理
信號處理板上DSP的工作與主機相對獨立，主機通過CPCI總線給信號處理板傳送加載程序和一些控制信息，并監(jiān)控信號處理板。采集數(shù)據(jù)通過4路全雙工Rocket_IO口發(fā)送給信號處理板。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2．1 DSP的電路設(shè)計
信號處理板中DSP對來自板外的采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)整理、相參積累和脈沖壓縮。4片DSP之間采用鏈路口方式實現(xiàn)點對點的通信。DSP采用主機與EPROM方式引導(dǎo)和加載程序，先通過FLASH將加載程序?qū)隓SPl，然后用主機引導(dǎo)方式將傳入DSP1內(nèi)的加載程序依次傳輸給其他3片DSP。由于DSP有專用的SDRAM尋址空間和外圍接口，DSP與SDRAM之間能實現(xiàn)無縫連接。該設(shè)計中每片DSP外掛1片256 Mb的SDRAM，保證了DSP足夠的存儲空間。
2．2 PCI9656與DSP連接設(shè)計
由于PCI9656與DSP接口不兼容，所以用邏輯轉(zhuǎn)換器件FPGAl實現(xiàn)它們之間的連接。FPGAl中設(shè)計有一個能與ADSP―TS201S直接通信的主機接口模塊，將ADSP-TS201S主機接口與FPGAl內(nèi)的主機接口直接相連。PCI9656通過FPGAl內(nèi)主機接口間接訪問ADSP―TS201S。FPGAl中設(shè)計16 K×32 b的雙口RAM，用于緩存PCI9656與DSP之間讀寫數(shù)據(jù)。FPGAl一端與4片DSP相連，另一端與PCI9656局部端相連。當出現(xiàn)多個DSP同時請求與PCI9656通信時，F(xiàn)PGAl內(nèi)DSP開關(guān)選擇模塊對其進行仲裁。PCI9656根據(jù)主機的要求可以訪問任意一片DSP。PCI9656對信號處理板上4片SDRAM的訪問有2種方式。第一，通過DSP來間接的訪問SDRAM，DSP先將SDRAM中數(shù)據(jù)讀到其內(nèi)部存儲區(qū)，然后PCI9656通過訪問DSP訪問SDRAM；第二，在FPGAl內(nèi)設(shè)計SDRAM控制器，通過FPGAl內(nèi)控制器直接訪問SDRAM。