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          一種DSP與PCI總線的接口設(shè)計

          作者: 時間:2011-08-25 來源:網(wǎng)絡 收藏

          1 引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/150296.htm

            +數(shù)字信號處理方案可利用PC的強大功能實現(xiàn)對的操作控制、數(shù)據(jù)分析和操作監(jiān)視等。+方案能充分滿足數(shù)字圖像、語音處理、高速實時數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域的應用,為DSP系統(tǒng)的低成本實現(xiàn)提供了解決方案。

            

            2 TS101S型DSP介紹

            本系統(tǒng)采用美國Analog Device公司的

            高性能TIGER SHARC 101S(簡稱TS101S)作為主處理器。TS101S處理器劫持32bit和64bit浮點,以及8、16、32和64bit定點處理。它的靜態(tài)超量結(jié)構(gòu)使其每周期能執(zhí)行多達4條指令,進行24個16bit定點運算和6個浮點運行。其內(nèi)部有3條相互獨立的128bit寬數(shù)據(jù),每條連接3個2Mbit內(nèi)部存儲塊中的一個,提供4字節(jié)的數(shù)據(jù)、指令、I/O訪問和14.4Gbyte/s的內(nèi)部存儲帶寬。以300MHz時鐘運行時,其內(nèi)核指令周期為3.3ns。在發(fā)揮其單指令多數(shù)據(jù)特點后,TS101S每秒可以進行了24億次40bitMAC運算或6億次80bitMAC運算。以300MHz時鐘運行時,完成1024點復數(shù)FFT(基2)僅需32.78μs,1024點輸入50抽頭FIR需91.67μs。TS101S有強大的鏈路口傳輸功能,每個鏈路口傳輸速度達到250Mbyte/s??偟逆溌窋?shù)據(jù)率達1Gbyte/s(4個鏈路口),超過了外部口的傳輸速率(800Mbyte/s)。

            3 介紹

            PCI(Peripheral Component Interconnect)不依附于某個具體處理器的高性能局部,因此開發(fā)PCI設(shè)備可獨立于處理器,具體由一個橋接電路(PCI橋)實現(xiàn)對這一層的管理,并實現(xiàn)上下之間的數(shù)據(jù)傳送。可以把PCI橋描述為實現(xiàn)通用總線與PCI總線的地址映射、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存等功能的邏輯。

            

          TS101S與PCI9054接口電路圖

            3.1 PCI橋的實現(xiàn)

            開發(fā)者可以根據(jù)PCI總線規(guī)范所定義的電氣特性、時序要求來進行方式是使用可編程邏輯器件(FPGA/CPLD)根據(jù)實際需要的功能來,這種方式的成本低、靈活性高,但需要對PCI總線協(xié)議有充分的掌握,或者需要生產(chǎn)可編程邏輯器件的廠商提供PCI接口功能模塊。由于PCI總線的規(guī)范較復雜,一般用戶都會選擇專用的PCI接口電路,無需詳細理解底層的PCI總線協(xié)議,而只理解到應用層即可。因此,本文介紹的系統(tǒng)采用后方案,PCI接口電路采用現(xiàn)在市場上使用較普通的PLX公司的PCI9054。

            3.2 PCI9054

            PCI9054采用先進的PLX數(shù)據(jù)流水線結(jié)構(gòu)技術(shù),是32位、33MHz的PCI總線主I/O加速器,符合PCI本地總線規(guī)范2.2版,有M、C、J三種模式。針對不同的處理器及局總線特性可選,盡量減少中間邏輯;具有可選的串行E2PROM接口,本地總線時鐘可和PCI時鐘異步。PCI9054內(nèi)部有6種可編程的FIFO,以實現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線和PCI總線之間的異步操作,支持主模式、從模式、DMA傳輸方式,功能強大,可應用于適配卡和嵌入式系統(tǒng)。

            4 DSP+PCI應用實例

            DSP+PCI數(shù)字信號處理系統(tǒng)的組成如圖1所示。模塊信號先輸入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,然后經(jīng)過由CPLD鎖存數(shù)據(jù)到DSP1,經(jīng)鏈路口到DSP2,數(shù)據(jù)處理完后再通過PCI9054把數(shù)據(jù)傳到PC。此外CPLD還作為PCI9054與TS101S的接口邏輯轉(zhuǎn)換。采用PCI9054與單個TS101S之間放置雙口RAM作為緩存的接口方式。DSP采用EPROM加載方案。

            本系統(tǒng)的特點是以盡量簡單的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)功能,因此采用了DSP間鏈路的口互連方式,這樣一來,每對鏈路口互連僅需10條信號線,而采用總線互連方式時需超過100條信號線,可大大簡化PCB板的復雜度。二個DSP間保留2個鏈路通道,總數(shù)據(jù)速率可達500Mbyte/s。路口互連是ADSP系統(tǒng)的特有功能,也是ADSP處理器能以低成本組成多片高性能信號處理機的主要原因。

            4.1 TS101S與PCI9054的接口

            由于TS101S沒有專門的PCI接口,而PCI9054也僅在M模式下才能實現(xiàn)與MPC850或Power QUICC等Motrola電路的無縫連接,因此,T

            S101S與PCI9054之間需要可編程邏輯器件進行邏輯轉(zhuǎn)換。出于對研制周期的考慮,采用一種較為簡便的通信方式:在DSP與PCI橋間插入一個雙口RAM,雙口RAM一端的地址數(shù)據(jù)線接ISI101S,另一端的地址數(shù)據(jù)線接PCI9054。通過雙口RAM轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),并作為公共訪問緩沖區(qū)。這樣,PCI橋與DSP之間的訪問成為間接,可以大大削彈對PCI的時序要求,DSP與PCI之間只需少量的信號通過CPLD來實現(xiàn)邏輯轉(zhuǎn)換,而無需總線仲裁,這種方式的時序簡單,控制信號較少,DSP與CPLD編程簡單,應用更為方便。雙口RAM的型號為IDT70261,容量為16k×16bit。

            PCI9054的工作方式為從模式,驅(qū)動方為PC,數(shù)字信號處理機作為LOCAL端的主機,中間由公用的雙口RAM進行讀寫操作。在時序上,只需幾個簡單的控制信號進行握手即可實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。由PC主動發(fā)出讀寫命令,可根據(jù)需要實現(xiàn)單字節(jié)讀寫,在大多數(shù)系統(tǒng)中,這種方式已經(jīng)滿足要求。具體的接口電路如圖2所示。

            PIC9054局部總線側(cè)的信號功能如下所述。

            LHOLD:總線請求信號,由PCI9054驅(qū)動,高電平有效,有效時表明其正在使用本地總線。

            LHOLDA:總線請求應答,由LOCAL端設(shè)備驅(qū)動,在LHOLD有效后一個周期有效,直至LHOLD無效后才無效,以向PCI9054表明LOCAL端未占用總線。

            ADS:地址閾門信號,低電平有效,表明一個總線訪問周期的開始,第一個時鐘有效,持續(xù)一個LCLK,此后地址線有效。

            USERo:用戶輸出信號,由PCI9054驅(qū)動,引入CPLD,作為DSP的外部中斷請求。

            USERi:用戶輸入信號,由外部設(shè)備驅(qū)動,PCI9054可查詢到外部設(shè)備發(fā)出的信號。

            LW/R:讀寫信號,由PCI9054驅(qū)動。

            READY:從模式下為輸入信號,當一個訪問周期結(jié)束時,LOCAL端的設(shè)備要向PCI9054發(fā)出READY信號,表明完成本次訪問,可開始下一輪訪問。

            4.2 系統(tǒng)工作方式

            由于本系統(tǒng)采用RAM緩沖方式,因此PCI9054和DSP間只需握手信號即可。通過DSP的外部中斷IRQ和標志引腳FLAG,以及PCI9054的用戶輸入/輸出USERi/USERo相互配合實現(xiàn)握手,可實現(xiàn)基本的單字節(jié)讀寫,如果需要更復雜的功能,可以加上控制字來實現(xiàn)。地址映射是雙口RAM的數(shù)據(jù)寬度為16位,PCI9054地址的LA1-LA14分別接RAM的ADD0-ADD13,PCI映射空間的偏移地址為0-7FFEH,偶地址有效。LA15引入CPLD后可作為雙口RAM的片選信號。

            建立通訊的過程是PCI9054發(fā)送LHOLD信號,CPLD返回LHOLDA信號;PCI9054發(fā)出ADS信號,表示一次讀寫操作開始,此時CPLD鎖存讀寫信號LW/R,并轉(zhuǎn)換為RAM的R/W或OE信號;CPLD給PCI9054發(fā)送READY無效信號,使其保持等待狀態(tài)。

            信號握手的實現(xiàn)過程是:

            PCI9054向RAM寫數(shù)據(jù)→PCI9054通過USER0發(fā)出握手請求到CPLD→CPLD向DSP的IRQ發(fā)出中斷信號→DSP響應中斷→DSP讀RAM數(shù)據(jù)。


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