基于Altera ASI IP核的ASI發(fā)送卡實(shí)現(xiàn)

在ASI 的編碼過程中，只需將MPEG-2 編碼的TS 碼流的8 位數(shù)據(jù)和一位TS 碼率傳輸時(shí) 鐘輸入到FPGA 中，本方案是PCI 33M 的時(shí)鐘信號(hào)。因?yàn)樵诒痉桨钢?，TS 格式為188 個(gè)字節(jié) 的突發(fā)模式發(fā)送數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)有效信號(hào)DVALID，F(xiàn)PGA 檢測(cè)這個(gè)信號(hào)來判斷什么時(shí)間內(nèi)是 有效數(shù)據(jù)，來接收TS 碼流數(shù)據(jù)，而不用關(guān)心TS 碼流的同步頭。FPGA 將接收到的數(shù)據(jù)以TS 碼率時(shí)鐘寫入FIFO。當(dāng)FIFO 半滿時(shí)，F(xiàn)PGA 接收到FIFO 的半滿信號(hào)，然后FPGA 給ASI 核發(fā)出FIFO 可讀信號(hào)，ASI 核以27Mbps 讀取FIFO 中的數(shù)據(jù)；當(dāng)FPGA 計(jì)數(shù)到ASI 核讀取了一定數(shù)量的FIFO 數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA 則向ASI IP 核發(fā)送FIFO 不可讀信號(hào)，防止FIFO 讀空。MPEG-2 傳 輸碼率的并行最大速度為132Mbps，而讀FIFO 速率為27Mbps，因此FIFO 會(huì)有溢出。因此在發(fā)送MPEG-2 傳輸流時(shí)，有驅(qū)動(dòng)程序控制一次發(fā)送數(shù)據(jù)的多少?？紤]到延時(shí)，本方案在FPGA 內(nèi)部燒制了一個(gè)2K 大小的異步FIFO。ASI IP 核在FIFO 中數(shù)據(jù)不可讀時(shí)，向ASI 碼流中填 充K28.5 以維持270Mbps 的固定傳輸速率。最后串行數(shù)據(jù)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)就可用同軸電纜傳送出去。 本方案中，同步字K28.5 的插入采用傳輸碼流的單個(gè)字節(jié)前后不能都是K28.5 同步字的方式。

ASI 發(fā)送卡的硬件實(shí)現(xiàn)框圖如下：

該系統(tǒng)是基于 ALTERA 公司的FPGA 芯片，Cyclone Ⅱ EP2C8Q208 設(shè)計(jì)的。經(jīng)過編碼的并行數(shù)據(jù)流經(jīng)過PCI 總線送入異步FIFO。異步FIFO 主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存和時(shí)鐘匹配的作用。 系統(tǒng)進(jìn)行DMA 操作，把數(shù)據(jù)送入板卡。FIFO 將這些數(shù)據(jù)緩存，以避免數(shù)據(jù)丟失。又由于時(shí) 鐘有PCI 33M 的時(shí)鐘信號(hào)和27M 的ASI 輸入時(shí)鐘信號(hào)。這就要求把這兩個(gè)不同頻率的時(shí)鐘同 步。FIFO 在兩個(gè)不同的時(shí)鐘下工作，數(shù)據(jù)的輸入和輸出分別使用不同的時(shí)鐘。這就實(shí)現(xiàn)了 時(shí)鐘的隔離和無縫連接。FIFO 采用32 位輸入、8 位輸出,分別與PCI 的數(shù)據(jù)寬度和ASI IP 核的輸入數(shù)據(jù)寬度相一致。ASI IP 核實(shí)現(xiàn)8 位數(shù)據(jù)到10 位的編碼。其中ASI IP 核的參考 時(shí)鐘為27M，輸出時(shí)鐘是270M。采用外部鎖相環(huán)，27MHz 時(shí)鐘頻率有晶振產(chǎn)生，通過鎖相環(huán) 產(chǎn)生270M 的時(shí)鐘，用于ASI 接口的數(shù)據(jù)輸出。PE65508 實(shí)現(xiàn)耦合和阻抗匹配，最終經(jīng)BNC 插頭發(fā)送出去。

3．2 ASI IP 核的生成

ASI 編碼的實(shí)現(xiàn)采用Quartus 6.1 直接生成，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

ASI 接口的生成。IP 核首先需要安裝，可以從Altera 網(wǎng)站上下載。安裝之后，打開 Quartus 6.1 新建工程之后，點(diǎn)擊tools 菜單里面的Megawizard plug－in Maneger，選擇 創(chuàng)建一個(gè)新的宏函數(shù)變量，按步驟一步步生成asi 文件?？梢赃x擇器件和生成文件語言，分 別選擇Cyclone Ⅱ和verilog 語言。需要注意的是生成的文件名要與工程的頂層文件名相 一致。選擇Transmitter，這里作為發(fā)送接口。在ASI 中根據(jù)所選器件速度的快慢，可以選 擇是否生成鎖相環(huán)。這里采用外部鎖相環(huán)，用于產(chǎn)生270MHz 的輸出頻率。

生成的ASI 接口verilog 部分代碼如下：

module asi ( rst, tx_refclk, tx_data, tx_en, tx_clk270, asi_tx);

input rst，tx_refclk，tx_en，tx_clk270，asi_tx;

input [7:0] tx_data;

asi_megacore_top asi_megacore_top_inst( .rst(rst), .tx_refclk(tx_refclk), .tx_data(tx_data),

.tx_en(tx_en), .tx_clk270(tx_clk270), .asi_tx(asi_tx));

……

endmodule

該接口實(shí)現(xiàn)8 位數(shù)據(jù)到10 位數(shù)據(jù)的編碼。在8 位的MPEG-2 數(shù)據(jù)從輸入端輸入，流入內(nèi) 部FIFO 中。tx_data 8 位并行數(shù)據(jù)輸入接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼，即把每個(gè)8 位的數(shù)據(jù)變?yōu)?0 位的數(shù)據(jù)；然后串行器把10 位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。asi_tx 經(jīng)編碼后的串行數(shù)據(jù)輸入 接口。若MPEG-2 的TS 流的傳輸率小于270Mbps 時(shí)，則需要插入同步字符以保障輸出端穩(wěn)定 的270Mbps。tx_refclk 為輸入的27M 參考時(shí)鐘，tx_clk270 為270M 的數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘。它們是通過外部鎖相環(huán)得到的。rst 是復(fù)位信號(hào)，高電平是有效電平，使整個(gè)設(shè)計(jì)停止工作。tx_en 數(shù)據(jù)輸入使能信號(hào)，控制FIFO 中待編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)入ASI IP 核實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼和并串轉(zhuǎn)換。

3．3 ASI 工程及仿真波形

把生成的ASI 核添加的自己的工程中，頂層部分代碼如下：

module FIFO_ASI(clk27,data,t_out);

input clk27;

output data，t_out

wire clk13,clk270;

wire[31:0] data32;

wire[7:0] data8;

……

endmodule

對(duì)其進(jìn)行仿真，波形如下：

外部接 27M 的時(shí)鐘，連接到clk27，做為ASI IP 核27M 的輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘。t_out 為一個(gè) 時(shí)鐘輸出信號(hào)，對(duì)27M 分頻，作為指示燈信號(hào)，來監(jiān)測(cè)程序是否下載到FPAG 中。在指示燈正常閃爍情況下，表明程序已經(jīng)下到芯片中，并且能夠工作。經(jīng)過ASI IP 核編碼的ASI 數(shù) 據(jù)由data 輸入。在本工程中，通過一電腦不斷地發(fā)送TS 流給板卡，經(jīng)過ASI 編碼后通過 ASI 接口輸出。在接收端，通過一個(gè)ASI 接收卡，讀出接收的數(shù)據(jù)，可以看出ASI 工作正常。 在發(fā)送TS 流時(shí)采突發(fā)模式，其讀出的數(shù)據(jù)如下：

在調(diào)試階段，PC 機(jī)連續(xù)發(fā)送相同的MPEG-2 編碼的TS 包。在接收到的數(shù)據(jù)中，可以看到連 續(xù)的MPEG-2 編碼的TS 包，且與發(fā)送的數(shù)據(jù)相同。其中TS 包的接收采用一塊ASI 接收卡作 為接收端，通過USB 接口輸入到電腦里，用相應(yīng)的軟件讀取數(shù)據(jù)后顯示。

4．應(yīng)用意義

本文設(shè)計(jì)的基于Altera 公司的ASI IP 核實(shí)現(xiàn)的DVB-ASI 卡，實(shí)現(xiàn)了ASI 數(shù)據(jù)的正確編 碼和發(fā)送。用FPGA 實(shí)現(xiàn)邏輯控制和數(shù)據(jù)緩存，可以方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)ASI 數(shù) 據(jù)的發(fā)送。與用Cypress 公司的CY7B923 實(shí)現(xiàn)的ASI 的發(fā)送卡相比，本卡更適合批量生產(chǎn)，可以節(jié)約成本，提高了市場(chǎng)竟?fàn)幜Γ哂泻芎玫氖袌?chǎng)前景。

本文作者創(chuàng)新觀點(diǎn)是用Altera 公司的ASI IP 核代替Cypress 公司的CY7B923 專用ASI 發(fā)送芯片，實(shí)現(xiàn)ASI 數(shù)據(jù)的穩(wěn)定發(fā)送。本方案降低了成本，設(shè)計(jì)靈活，并且方便升級(jí)到多路ASI 數(shù)據(jù)發(fā)送。