基于FPGA的IEEE 1394b高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

摘要：介紹了IEEE 1394h串行總線的特點，并以FPGA嵌入式處理器Nios II為控制核心，設計實現(xiàn)了一種1394b高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。闡述了該系統(tǒng)的硬件設計和軟件工作流程。實驗表明，該系統(tǒng)可靠性高、實時性好、具有廣泛的應用價值。
關(guān)鍵詞：IEEE 1394b；串行總線；FPGA；Nios II

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機的速度不斷提高，外部設備的速度也隨之提高。常用串行總線，如USB2．0總線最高速率為480 Mb·s-1，IEEE 1394a總線最高速率為400 Mb·s-1，但在有些情況下難以滿足高帶寬和實時性的要求，成為系統(tǒng)性能進一步提升的瓶頸。IEEE 1394 b-2002正是在這種情況下應運而生，它最高支持800 Mb·s-1的總線傳輸速率，最多可支持63個節(jié)點，最大傳輸距離100 m，支持即插即用、等時和異步傳輸，并且向下完全兼容IEEE 1394a的設備。1394b串行總線可以應用在眾多的領(lǐng)域中，無論是在視頻傳輸還是計算機外設、網(wǎng)絡互連等方面都有著巨大的市場潛力。具有相同功能的1394b產(chǎn)品，比普通計算機配套設備便宜，具有更好的可擴展性和競爭力。

1 系統(tǒng)的硬件設計及仿真
系統(tǒng)硬件設計框圖如圖1所示。根據(jù)用戶需求，該系統(tǒng)以FPGA為單板控制核心，外部慢設備的控制或狀態(tài)信號通過RS-232總線發(fā)送到FP-GA內(nèi)部的相應接收模塊。這些慢設備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息量不大，但要求準確無誤的傳送到主機端顯示，所以這些數(shù)據(jù)在1394b總線上采用了異步傳輸?shù)姆绞?。除慢設備外，系統(tǒng)單板還通過RS-422差分接收器接收兩路壓縮后的DVD視頻圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)通過等時傳輸?shù)姆绞讲婚g斷的發(fā)送到主機上，經(jīng)過解壓縮進行實時播放。系統(tǒng)單板上還留有一些擴展接口，用于功能擴展。

綜合考慮系統(tǒng)的功能需求及實現(xiàn)的復雜度，F(xiàn)PGA采用了Altera公司Cyclone II系列的EP2C70F67216。這款FPGA具有68 416個邏輯單元，422個用戶I／O管腳，I／O標準支持3．3 V PCI，可以通過IP核實現(xiàn)主從模式的PCI接口。在系統(tǒng)中FPGA主要完成：(1)異步與等時數(shù)據(jù)的接收。(2)數(shù)據(jù)拼接與數(shù)據(jù)緩存。(3)外部SRAM的控制，實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的片外緩存。(4)與鏈路層控制器間的PCI接口時序控制。(5)與Nios II軟核之間的接口模塊。

鏈路層控制器TSB82AA2通過PCI總線與FPGA相連，PCI接口的時序較復雜，本設計采用了FPGA內(nèi)部的IP核PCI_Compiler來實現(xiàn)PCI主從傳輸模式。鏈路層控制器與FPGA的連接關(guān)系如圖2所示。在SOPC Builder開發(fā)環(huán)境中，只需要設置相應的參數(shù)，就可以實現(xiàn)PCI總線與FPGA內(nèi)部Av-alon總線之間的數(shù)據(jù)交換。需要注意的是，在生成硬件網(wǎng)表前需要加入IP核有關(guān)文件中提供的PCI約束信息，并按照約束文件的要求鎖定管腳。