基于FPGA的SDX總線與Wishbone總線接口設(shè)計(jì)

摘要 針對(duì)機(jī)載信息采集系統(tǒng)可靠性、數(shù)據(jù)管理高效性以及硬件成本的需求，介紹了基于硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL設(shè)計(jì)的SDX總線與Wishbo ne總線接口轉(zhuǎn)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)Modelsim進(jìn)行功能仿真，在QuartusⅡ軟件平臺(tái)上綜合，最終在Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA上調(diào)試。實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)的可行性。
關(guān)鍵詞 Ver4log HDL；SDX總線；Wishbone總線；Modelsim；QuanusⅡ

隨著微電子設(shè)計(jì)技術(shù)與工藝的迅速發(fā)展，數(shù)字集成電路逐步發(fā)展到專用集成電路(ASIC)，其中超大規(guī)模、高速、低功耗的新型FPGA的出現(xiàn)，降低了產(chǎn)品的成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，各種電子產(chǎn)品的復(fù)雜度和現(xiàn)代化程度的要求也逐步提高，文中針對(duì)機(jī)載信息采集系統(tǒng)的可靠性、數(shù)據(jù)管理的高效性以及硬件成本的需求。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了與Wishbone總線SDX總線的接口轉(zhuǎn)化，完成了數(shù)據(jù)采集功能模塊與SDX總線協(xié)議之間的數(shù)據(jù)傳輸。
該設(shè)計(jì)主要采用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL在可編程邏輯器件FPGA上實(shí)現(xiàn)，由于數(shù)據(jù)采集功能模塊繁多，而Wishbone總線可以與任何類型的ROM或RAM相連，因此需在SDX總線與數(shù)據(jù)采集模塊中嵌入Wishbone總線，使得整體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活，且數(shù)據(jù)能夠高效、快速的傳輸。

1 SDX總線協(xié)議
1．1 SDX總線結(jié)構(gòu)
SDX總線屬于非平衡配置的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)鏈路，站點(diǎn)類型分為主站和從站，其數(shù)據(jù)傳輸方式為非平衡配置的指令／響應(yīng)方式。與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型OSI／RM相比，參考模型只分為3層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，如圖1所示。

1．2 字格式及其各位場(chǎng)的含義
SDX總線采用面向消息的傳輸控制規(guī)程作為通信協(xié)議，選用曼徹斯特Ⅱ雙相電平編碼，總線最大傳輸速率20 Mbit·s-1，字長(zhǎng)為20位?？偩€傳輸速率20 Mbit·s-1時(shí)，每字占1μs。規(guī)定每次傳輸一個(gè)消息的過(guò)程應(yīng)包括指令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字幾個(gè)部分。每種字的字長(zhǎng)為20位，有效信息位為16位，每個(gè)字的前3位為單字的同步字頭，而最后一位是奇偶校驗(yàn)位。同步字頭的作用是標(biāo)識(shí)每個(gè)字的開(kāi)始，起字同步作用。奇偶校驗(yàn)采用奇校驗(yàn)，在發(fā)送端對(duì)16位有效位補(bǔ)齊，而在接收端進(jìn)行奇校，用于檢驗(yàn)字傳輸中有無(wú)錯(cuò)誤。需要指明的是：無(wú)論是何種字類型，各場(chǎng)的數(shù)據(jù)總是高位(MSB)傳輸在先。
(1)指令字結(jié)構(gòu)。
指令字只能由主站發(fā)送，它的內(nèi)容指明主站要與哪個(gè)從站對(duì)話，規(guī)定了該次數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡刂贩较蚝头?wù)類型。其格式如圖2所示。

方向和服務(wù)類型
1～3位：同步字頭(SYN)，前1．5位為101，后1．5位為000時(shí)標(biāo)識(shí)指令字或狀態(tài)字。
4～13位：10 bit遠(yuǎn)程模塊地址(RA[9：0])，全“0”時(shí)為廣播地址，其余為各遠(yuǎn)程模塊地址。
14位：讀寫控制位R。該位為“1”時(shí)，表明主站要從被尋址的從站中讀取數(shù)據(jù)；為“0”時(shí)，表明主站要從被尋址的從站中寫入數(shù)據(jù)。
15～18位：當(dāng)RA[9：0]為非全“0”時(shí)，EP[3：0]有效。需要強(qiáng)調(diào)的是：當(dāng)RA[9：0]為非全“0”，端點(diǎn)地址為全“0”時(shí)，該地址為從站的系統(tǒng)管理訪問(wèn)地址。
19位：狀態(tài)字指示位S，當(dāng)該位為“0”時(shí)，表明有效字為指令字；當(dāng)該位為“1”時(shí)，表明有效字為狀態(tài)字。
20位：奇偶校驗(yàn)位(P)，該字的奇偶校驗(yàn)位，奇校驗(yàn)有效。
(2)數(shù)據(jù)字結(jié)構(gòu)。
數(shù)據(jù)字既可以由主站傳送到從站，也可以由從站傳送到主站。數(shù)據(jù)字的格式如圖3所示。

1～3位：前1．5位為101，后1．5位為111時(shí)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)字。
4～19位：16 bit長(zhǎng)數(shù)據(jù)(DATA[15：0])，高位(MSB)傳輸在先。
20位：奇偶校驗(yàn)位(P)，該字的奇偶校驗(yàn)位，奇校驗(yàn)有效。