用CPLD實現(xiàn)DSP與背板VME總線之間的連接

1 引言

CPLD是一種用戶可以根據(jù)自行需要而自己能夠設(shè)計構(gòu)造其邏輯功能的數(shù)字集成電路系統(tǒng),實現(xiàn)了硬件設(shè)計的軟件化。CPLD具有豐富的可編程I/O引腳，具有在系統(tǒng)可編程( In System programmability)、使用方便靈活的的特點；近年來， CPLD器件成本不斷下降，集成密度、速度和性能大幅度提高，一個芯片就可以實現(xiàn)一個復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)；再加上使用方便的開發(fā)工具，使用CPLD器件可以極大地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，給設(shè)計、修改帶來很大方便。CPLD成為一種可優(yōu)化硬件電路設(shè)計且具競爭力的產(chǎn)品。

ALTERA 公司不僅提供大規(guī)模的CPLD 和FPGA 器件, 同時也提供一套十分有特色的綜合工具MAXPLU S- II, 設(shè)計者既可以使用原理圖輸入, 也可以使用文本輸入方式, 更可以二者混合輸入。從編譯、綜合、布線到仿真、下載一氣呵成, 十分方便。

TMS320C6713是TI公司在TMS320C6711的基礎(chǔ)上推出的新一代浮點DSP芯片，它可以在255MHz的時鐘頻率下實現(xiàn)1800MIPS/1350MFLOPS的定點和浮點運算，極大程度上滿足了高速數(shù)據(jù)采集與實時控制系統(tǒng)對信號處理速度的要求。作為下位機使用時，它可通過主機口HPI與各種不同類型的上位機連接。

本文將給出如何使用ALteRA 公司的CPLD 器件EPM7128AE-144實現(xiàn)DSP的HPI口和背板的VME總線之間的連接方法。

2 TMS320C6713的HPI
2.1 TMS320C6713HPI口的接口信號

TMS320C6713的HPI口是一個16位寬的并行端口。上位機掌管該端口的主控權(quán)，可通過HPI直接訪問TMS320C6713的存儲空間和外圍設(shè)備。表1總結(jié)了TMS320C6713HPI的接口信號的基本特征。

下面對它們的具體工作方式進行說明。

（1）HD[15-0]可以看作數(shù)據(jù)地址的共用總線，通過HD[15-0]傳送的數(shù)據(jù)包括控制積存器的設(shè)置值、初始化的訪問地址以及要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

（2）HCNTL[1-0]信號控制當(dāng)前訪問的是HPI的哪一個寄存器，還提供了一個對HPI數(shù)據(jù)寄存器（HPID）進行自增的訪問方式。表2給出了HCNTL[1-0]控制信號功能。

（3）HHWIL的作用是表明區(qū)分HD[15-0]上傳輸?shù)氖?2位數(shù)據(jù)中的高16位還是低16位。

（4）#HAS信號用于復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線的主機。

（5）#HCS、#HDS1和#HDS2信號在片內(nèi)組合為一個低有效的#HSTROBE信號，它的作用是：讀取時#HSTROBE信號的下降沿鎖存輸入HPI的控制信號，寫入時其下降沿和讀取時作用相同，上升沿則鎖存寫入的數(shù)據(jù)。

（6）#HRDY信號表明HPI是否已準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，作用是在接口時序上插入等待狀態(tài)。

TMS320C6713HPI中用三個寄存器來完成主設(shè)備和CPU的通信，他們是HPI數(shù)據(jù)寄存器（HPID）、HPI地址寄存器（HPIA）、HPI控制寄存器（HPIC）。HPID中存放的是主機從TMS320C6713存儲空間中寫入的數(shù)據(jù)。HPIA中存放的是主機訪問TMS320C6713存儲空間的地址。HPIC中存放的是TMS320C6713的控制信息，其高16位和低16位內(nèi)容相同。

3 設(shè)計實現(xiàn)

實際上, 整個CPLD 設(shè)計的主要任務(wù)也是圍繞這幾個信號的設(shè)計展開的。

用VHDL實現(xiàn)CPLD的內(nèi)部邏輯實現(xiàn)，VHDL 是用來描述從抽象到具體硬件級別的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語言, 并已成為一種通用的硬件設(shè)計交換媒介。。VHDL硬件描述語言設(shè)計方法其靈活性、可移植性都是非常好的，在對設(shè)計的仿真方面同圖形化硬件描述方法一樣都是非常優(yōu)秀的，設(shè)計效率在大規(guī)模設(shè)計中將明顯高于原理圖設(shè)計。

部分VHDL程序如下：
has ='1';
hrw =crw;
hcntl0 =ca2;
hcntl1 =ca3;
hds1 ='1';
hds2 =cis and hrdy;
cirq1=hint;
ca_l =ca16ca15ca14;
ca_m = ca5ca4;
p1:process (ca_l,ca_m)
begin
case ca_m is
when 00=>ec=1110;
when 01=>ec=1101;
when 10=>ec=1011;
when 11=>ec=0111;
when others =>ec=1111;
end case;
hcs =ec(0);
end procESS p1;

具體的設(shè)計思路如下：本設(shè)計中，因為還有其他板內(nèi)部件需要選擇，所以采用地址的4和5譯碼來控制HCS，當(dāng)為“00”時HCS有效。設(shè)計時將HDS1 固定接高電平, 并由IS和HRDY信號產(chǎn)生邏輯來控制HDS2 信號。當(dāng)HRDY處于無效狀態(tài)(即HPI 端口未準(zhǔn)備就緒) 時, HDS2 信號不變,不采樣任何信號;而當(dāng)HRDY有效時, HDS2 信號同IS 信號保持一致, 并在IS 的下降沿采樣控制信號,在上升沿采樣數(shù)據(jù)信號。在一次傳輸開始之前和結(jié)束之后, HDS2 都要保持為高電平。可用HDS2 作為時鐘輸入的兩分頻電路來產(chǎn)生HHWIL ; HCNTL[ 0 : 1] 接兩根地址線,以便由上層驅(qū)動程序來控制對HPI 口內(nèi)部不同寄存器的訪問, 并由CR/W來產(chǎn)生HR/ W信號。

4 結(jié)束語

VHDL程序仿真成功后后，通過PC并口下載到ALTERA公司的芯片EPM7128AE-144，先進的EDA工具可以減少設(shè)計周期和開發(fā)費用，通過功能和時序仿真，可以降低設(shè)計風(fēng)險。同時，CPLD的在線可編程特性使得修改設(shè)計相當(dāng)容易。本設(shè)計應(yīng)用于蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)的控制系統(tǒng)中。