基于CPCI總線和TS201的通用雷達信號處理板設計
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構和DSP與PCI9656的接口電路設計原理的基礎上,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。
關鍵詞:CPCI總線;DSP;橋芯片;鏈路口
0 引 言
隨著科學技術的發(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信號處理模板設計是該領域的研究熱點之一。該設計針對傳統(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內部4條相互獨立的128位寬度的內部數(shù)據(jù)總線,每條連接6個2 Mb內部存儲區(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的內部存儲器寬帶;處理器內核最高可工作在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用領域。TigerSHARC系列的DSP接口豐富,外部設備接口包括SDRAM控制器、EPRoM接口、主機接口、多處理器接口;其引導程序的加載方法也非常靈活,可根據(jù)實際系統(tǒng)設計的需要靈活選用。
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)界領先的數(shù)據(jù)流水線架構技術,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)。設計者可以將芯片32 b,66 MHz局部總線與各類高速設備,如DSP、存儲器、自定義ASIC和FPGA連接,通過PCI9656數(shù)據(jù)流水架構使其局部端連接設備具有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)的整體結構如圖1所示。
2.1 DSP的電路設計
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方式引導和加載程序,先通過FLASH將加載程序導入DSPl,然后用主機引導方式將傳入DSP1內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連接設計
由于PCI9656與DSP接口不兼容,所以用邏輯轉換器件FPGAl實現(xiàn)它們之間的連接。FPGAl中設計有一個能與ADSP―TS201S直接通信的主機接口模塊,將ADSP-TS201S主機接口與FPGAl內的主機接口直接相連。PCI9656通過FPGAl內主機接口間接訪問ADSP―TS201S。FPGAl中設計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DSP開關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)讀到其內部存儲區(qū),然后PCI9656通過訪問DSP訪問SDRAM;第二,在FPGAl內設計SDRAM控制器,通過FPGAl內控制器直接訪問SDRAM。
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