基于FPGA與ADSP TS201的總線接口設(shè)計(jì)方案

在雷達(dá)信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域中，信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性至關(guān)重要。由于FPGA芯片在大數(shù)據(jù)量的底層算法處理上的優(yōu)勢(shì)及DSP芯片在復(fù)雜算法處理上的優(yōu)勢(shì)，DSP+FPGA的實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。ADI公司的TigerSHARC系列DSP芯片浮點(diǎn)處理性能優(yōu)越，故基于這類DSP的DSP+FPGA處理系統(tǒng)正廣泛應(yīng)用于復(fù)雜的信號(hào)處理領(lǐng)域。同時(shí)在這類實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA與DSP芯片之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信至關(guān)重要。

TS201 DSP的外部總線接口有兩種協(xié)議：慢速協(xié)議和高速流水協(xié)議。流水線協(xié)議適合與快速同步設(shè)備連接，文中采用此協(xié)議，實(shí)現(xiàn)DSP與FPGA之間的通信。

1 DSP流水線協(xié)議

流水線協(xié)議用來提供流水線方式的數(shù)據(jù)傳輸。在該傳輸協(xié)議下，每個(gè)時(shí)鐘周期可以傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)。控制流水線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕盘?hào)包含以下引腳：

RD——數(shù)據(jù)傳輸讀信號(hào)；

WRH和WRL——數(shù)據(jù)傳輸寫信號(hào)；

BRST——突發(fā)方式數(shù)據(jù)傳輸指示；

ADDR——地址總線；

DATA——數(shù)據(jù)總線。

流水線協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸有兩種方式：普通流水線協(xié)議和突發(fā)流水線協(xié)議。ADSP TS201的數(shù)據(jù)總線位寬可以通過SYSCON寄存器設(shè)置為32位或者64位，但是有時(shí)候需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位寬可能是32位，64位或者128位，這樣就有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)總線位寬和數(shù)據(jù)位寬不一致的情況，如果總線位寬小于數(shù)據(jù)位寬，DSP采用突發(fā)流水協(xié)議傳輸，否則采用普通流水線協(xié)議。

1．1 普通流水線協(xié)議

圖1是DSP使用普通流水協(xié)議，寫FPGA內(nèi)部寄存器時(shí)序圖，流水深度為1，在時(shí)鐘沿1地址線、WRx(WRH和WRL)同時(shí)有效，一個(gè)時(shí)鐘周期后，在時(shí)鐘沿2數(shù)據(jù)線有效，地址線、WRx無效。

1．2 突發(fā)流水線協(xié)議

因?yàn)閿?shù)據(jù)總線位寬小于數(shù)據(jù)位寬，那么它只能通過兩次傳輸來完成。但是如果DSP沒有任何指示信號(hào)，F(xiàn)PGA并不知道當(dāng)前傳輸是高32位數(shù)據(jù)，還是低32位數(shù)據(jù)，這時(shí)候另外一個(gè)信號(hào)BURST就顯得尤為重要了。

引腳BRST可以用來指示多個(gè)傳輸過程合成一個(gè)傳輸過程，圖2是DSP通過32位數(shù)據(jù)總線寫64位數(shù)據(jù)時(shí)序圖。

由圖2可以看出，數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制與普通流水協(xié)議相同，只多了一個(gè)BRST指示信號(hào)，它與地址1同時(shí)有效，表示本次數(shù)據(jù)沒有傳輸完畢，下次要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與本次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是一個(gè)整體，即BRST有效時(shí)傳輸是低32位數(shù)據(jù)，無效時(shí)傳輸?shù)氖歉?2位數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了在32位數(shù)據(jù)總線上傳輸64位數(shù)據(jù)，如果沒有BRST信號(hào)，該過程會(huì)被認(rèn)為是2次32位傳輸。

同理，如果用32位數(shù)據(jù)總線傳輸128位數(shù)據(jù)，在傳輸前3個(gè)32位數(shù)據(jù)的時(shí)候，BRST信號(hào)有效，傳輸最后一個(gè)32位數(shù)據(jù)BRST無效。

注意：使用流水協(xié)議時(shí)，流水深度由傳輸類型(讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù))決定。在寫數(shù)據(jù)傳輸中，流水深度固定為1；在讀數(shù)據(jù)傳輸中，流水線深度可由用戶編程決定，即由系統(tǒng)配置寄存器SYSCON決定，在1~4之間可變。