松耦合式可編程復(fù)雜SoC的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　AMBA總線是一種應(yīng)用廣泛的層次化總線結(jié)構(gòu)，有高速的AHB和低速APB之分，其中AHB是一種流水式高速總線結(jié)構(gòu)，地址和數(shù)據(jù)總線相互獨(dú)立，可掛載16個(gè)Master和Slaver設(shè)備，常用來(lái)組織和連接高性能模塊，如處理器、DMA控制器、協(xié)處理器等[5~7]。AHB總線的核心是AHB控制器，主要包括仲裁器，譯碼器和多路復(fù)用器，其中仲裁器選擇AHB Master，而譯碼器選擇AHB Slave，實(shí)現(xiàn)寫數(shù)據(jù)WDATA和讀數(shù)據(jù)RDATA分開，如圖3所示。

　　DMA控制器

　　DMA是指設(shè)備直接對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫操作的方式。這種方式下數(shù)據(jù)的讀寫無(wú)需CPU執(zhí)行指令，也不經(jīng)過CPU內(nèi)部寄存器，而是利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接在源地址和目的地址之間傳送數(shù)據(jù)，達(dá)到極高的傳輸速率。DMA控制器一方面可以接管總線，即可以像CPU一樣視為總線的主設(shè)備，這是DMA與其它外設(shè)最根本的區(qū)別;另一方面，作為一個(gè)I/O器件，其DMA控制功能正式通過初始化編程來(lái)設(shè)置。當(dāng)CPU對(duì)其寫入或讀出時(shí)，它又和其它的外設(shè)一樣成為總線的從屬設(shè)備。本文中為了實(shí)現(xiàn)DMA和AHB密切配合，即啟動(dòng)DMA后大量原始數(shù)據(jù)通過AHB總線從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)入Speed模塊，需要DMA控制器內(nèi)部包含AHB Master模塊，如圖4所示。另外需要說明的是，LEON3為了實(shí)現(xiàn)AHB上設(shè)備的plugplay需要在0xFFFFF000-0xFFFFF800地址空間添加設(shè)備信息[8~9]，所以DMA 控制器和Speed協(xié)處理器亦要如此，以便LEON3的軟硬件協(xié)調(diào)一致。在C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)DMA時(shí)，向DMA的控制寄存器寫入相應(yīng)的信息，即可啟動(dòng)DMA傳輸，如圖5所示。

　　圖4 DMA與AHB Master的關(guān)系

　　圖5 啟動(dòng)DMA的C代碼示意

　　Speed的AHB接口

　　為了使Speed可以順利接收LEON3傳送過來(lái)的控制字或DMA傳送過來(lái)的原始數(shù)據(jù)，需要在原有的Speed core模塊頂層添加AHB Slaver協(xié)議來(lái)接收AHB上傳送的數(shù)據(jù)，以及產(chǎn)生相應(yīng)波形的HDL代碼來(lái)將C程序的信息生成Speed所能識(shí)別的信號(hào)波形進(jìn)入Speed模塊內(nèi)部，即從圖6中的控制字，轉(zhuǎn)化成圖7中的時(shí)序。

　　圖6 C語(yǔ)言描述的Speed控制字

　　圖7 Speed core所需的配置時(shí)序

　　同理于控制字，濾波系數(shù)和原始數(shù)據(jù)的輸入亦需要一定的HDL代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)指令或數(shù)據(jù)向時(shí)序圖的轉(zhuǎn)化，其本質(zhì)相當(dāng)于譯碼，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度不大，此處就不再累述。Speed處理后數(shù)據(jù)通過狀態(tài)信號(hào)(zero_flag)下降沿觸發(fā)LEON3的中斷響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)向外部存儲(chǔ)器的輸出，此過程和數(shù)據(jù)輸入類似。