利用EPLD實(shí)現(xiàn)TMS320C5402與SDRAM接口

摘要：介紹了基于電可擦除可編程邏輯器件（EPLD），用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的TMS320C5402與SDRAM的接口電路。

關(guān)鍵詞：電可擦除可編程邏輯器件 數(shù)字信號(hào)處理器 同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 接口電路 VHDL

在多媒體應(yīng)用中，多媒體信息絕大部分是視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)，而數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是非常龐大的。為了能夠及時(shí)完整地處理前端采集的數(shù)據(jù)，一般系統(tǒng)都采用高速DSP和大容量緩沖存儲(chǔ)器，且緩沖存儲(chǔ)器一般選用同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SDRAM）。由于DSP不能直接與SDRAM接口，耐用SDRAM控制時(shí)序比較復(fù)雜，因此本文介紹如何利用電可擦除可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)TMS320C5402與SDRAM的接口。

1 SDRAM結(jié)構(gòu)和命令

SDRAM是一種具有同步接口聽(tīng)高速動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，本文選用的是Samsung公司512K×16Bit×2組的KM416S1120D。SDRAM的同步接口和內(nèi)部流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)允許存儲(chǔ)外部高速數(shù)據(jù)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

SDRAM的所有輸入和輸出都與系統(tǒng)時(shí)鐘CLK上升沿同步，并且由輸入信號(hào)RAS、CAS、WE組合產(chǎn)生SDRAM控制命令，其基本的控制命令如表1所示。

在具體操作SDRAM時(shí)，首先必須通過(guò)MRS命令設(shè)置模式寄存器，以便確定SDRAM的列地址延遲、突發(fā)類(lèi)型、突發(fā)長(zhǎng)度等工作模式；再通過(guò)ACT命令激活對(duì)應(yīng)地址的組，同時(shí)輸入行地址；然后通過(guò)RD或WR命令輸入列地址，將相應(yīng)數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭雽?duì)應(yīng)的地址；操作完成后用PCH命令或BT命令中止讀或?qū)懖僮?。在沒(méi)有操作的時(shí)候，每32ms必須用ARF命令刷新數(shù)據(jù)（2048行），防止數(shù)據(jù)丟失。

2 FLEX10K系列EPLD特點(diǎn)

FLEX10K系列EPLD是工業(yè)界第一個(gè)嵌入式的可編碼邏輯器件，主要由嵌入式陣列塊（EAB）、邏輯陣列塊（LAB）、快速布線(xiàn)通道（FastTrack）和I/O單元組成，具有如睛特點(diǎn)：

（1）片上集成了實(shí)現(xiàn)宏函數(shù)的嵌入式陣列和實(shí)現(xiàn)普通函數(shù)的邏輯陣列；

（2）具有10000～250000個(gè)可用門(mén)；

（3）支持多電壓I/O接口，遵守PCI總線(xiàn)規(guī)定，內(nèi)帶JTAG邊界掃描測(cè)試電路；

（4）可快速預(yù)測(cè)連線(xiàn)延時(shí)的快速通道連續(xù)式布線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

（5）多達(dá)6個(gè)全局時(shí)鐘信號(hào)和4個(gè)全局清除信號(hào)；

（6）增強(qiáng)功能的I/O引腳，每個(gè)引腳都有一個(gè)獨(dú)立的三態(tài)輸出使能控制，都有漏極開(kāi)路選擇。

3 TMS320C5402和SDRAM接口設(shè)計(jì)

TMS320C5402和SDRAM接口電路方框圖如圖2所示。命令接口主要對(duì)DSP送來(lái)的SDRAM的地址和操作命令進(jìn)行解碼（命令編碼見(jiàn)表1）；刷新控制主要對(duì)SDRAM數(shù)據(jù)刷新進(jìn)行計(jì)時(shí)，確保32ms刷新2048行數(shù)據(jù)；仲裁電路主要對(duì)讀寫(xiě)命令和刷新命令進(jìn)行仲裁，杜組同時(shí)操作，防止數(shù)據(jù)丟失；命令產(chǎn)生器主要用來(lái)產(chǎn)生控制SDRAM的各種時(shí)序，完成SDRAM的讀、寫(xiě)和刷新，同時(shí)控制FIFO的讀、寫(xiě)操作；FIFO是DSP與SDRAM之間的數(shù)據(jù)通道，深度為256，其作用是充分利用SDRAM的突發(fā)讀寫(xiě)功能，提高系統(tǒng)速度，同時(shí)簡(jiǎn)化DSP軟件設(shè)計(jì)。

表1 SDRAM命令編碼表

3.1 命令接口和刷新控制電路設(shè)計(jì)

命令接口電路主要由命令寄存器、命令譯碼器器、SDRAM行列地址鎖存器、模式寄存器組成。其中命令寄存器映射為DSP的I/O空間0001H，SDRAM行和列地址鎖存器分別映射為DSP的I/O空間0002H和0003H，模式寄存器映射為DSP的I/O空間0004H，具體控制命令和I/O地址分配如表2、表3所示。DSP每次進(jìn)行讀、寫(xiě)操作時(shí)，首先向其I/O空間0002H和0003H寫(xiě)入SDRAM行和列地址，然后向I/O空間000H寫(xiě)入控制命令，命令譯碼器根據(jù)命令寄存器中命令，譯碼后向仲裁電路發(fā)出讀寫(xiě)請(qǐng)求。

表2 DSP I/O空間映射地址分配表

表3 SDRAM模式寄存器控制位

刷新控制電路主要由1562計(jì)數(shù)器構(gòu)成。由于TMS320C5402時(shí)鐘頻率為100MHz，SDRAM要求在32ms之內(nèi)刷新2048行數(shù)據(jù)，因此該計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值應(yīng)小于：32ms/2048/0.01μs=1562.5。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)1562次時(shí)，刷新控制電路向仲裁電路發(fā)出刷新要求。

3.2 仲裁電路和命令產(chǎn)生器設(shè)計(jì)

仲裁電路接收命令接口模塊解碼的命令和刷新控制模塊的刷新請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)較高。當(dāng)來(lái)自DSP的命令和來(lái)自刷新控制模塊的刷新請(qǐng)求命令和來(lái)自刷新控制模塊的刷新請(qǐng)求同時(shí)到達(dá)時(shí)，則首先執(zhí)行刷新操作，然后執(zhí)行來(lái)自DSP的命令。這樣可以防止SDRAM的數(shù)據(jù)選擇 失。由此可知，仲裁電路實(shí)質(zhì)上是國(guó)個(gè)優(yōu)先級(jí)選擇器。

命令產(chǎn)生器主要產(chǎn)生SDRAM讀、寫(xiě)和刷新的控制時(shí)序（具體時(shí)序可見(jiàn)參考文獻(xiàn)1）以及FIFO的讀寫(xiě)控制信號(hào)，用以對(duì)SDRAM進(jìn)行各種操作，其實(shí)質(zhì)上是國(guó)個(gè)Mealy型狀態(tài)機(jī)，利用VHDL語(yǔ)言可以很方便地實(shí)現(xiàn)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示。

3.3 FIFO設(shè)計(jì)

FIFO電路是DSP與SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道，通過(guò)FIFO電路可以很好地實(shí)現(xiàn)DSP對(duì)SDRAM的讀寫(xiě)。FIFO電路被映射為DSP的I/O空間0000H（見(jiàn)表2），DPS對(duì)SDRAM的每次讀或?qū)?，都?duì)DSP的I/O空間0000H操作，簡(jiǎn)化了DSP軟件設(shè)計(jì)。利用FLEX10K系列EPLD內(nèi)部嵌入式陣列塊（ESB）和參數(shù)化模塊（LPM），可以很快地構(gòu)造出256×16的FIFO電路，F(xiàn)IFO的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。VHDL描述具體如下（注意在程序開(kāi)始處添加LPM庫(kù)）：

FIFO256：CSFIFO

GENERIC MAP（LPM_WIDTH =16；LPM_NUMWORDS 256）；

PORT MAP（data =(LPM_WIDTH-1 DOWNTO 0);

wreq =wr;rreq =rd;

clock =clk50;clockx2 =clk100;

clr =clr;sclr = sclr;

empty =empty;full =full;

q=q(LPM_WIDTH-1 DOWNTO 0));

由于EPLD通用、高速及價(jià)廉的特點(diǎn)，因此具有很好的實(shí)際應(yīng)用前景，尤其適用于需要大容量高速緩沖存儲(chǔ)器的多媒體應(yīng)用。