基于FPGA的IEEE-1394b雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著IEEE Std 1394-1995技術(shù)的高速發(fā)展，IEEE 1394已經(jīng)成為眾多電子設(shè)備基本的外部接口。然而，要進(jìn)一步擴(kuò)展它的適用領(lǐng)域，就必須克服其接口被限制工作在較短距離以及不適用于較高數(shù)據(jù)傳輸率的缺陷。IEEE Std 1394b-2002作為其修訂版本支持800 Mb·s-1傳輸速率，且中繼距離長達(dá)100m。它將原來的DS（Data-Strobe）編碼方式改進(jìn)為8B／10B編碼方式，這對(duì)于1394性能的改進(jìn)起著決定性作用。同時(shí)，1394b是向下兼容的，也就是說同一個(gè)電路既可以選擇使用DS編碼也可以選擇使用8B／10B編碼。

　　現(xiàn)在符合1394b標(biāo)準(zhǔn)的鏈路層和物理層控制芯片都遵循1394 OHCI（開放式主機(jī)控制接口協(xié)議），它的主要功能是實(shí)現(xiàn)總線的鏈路層協(xié)議。本系統(tǒng)通過NIOSII處理器，根據(jù)1394 OHCI，對(duì)FPGA以及1394套片進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了雙向數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能是將外部視頻數(shù)據(jù)打包，按照1394b協(xié)議，傳輸?shù)街鳈C(jī)端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的相互通信。

　　1 1394 OHCI的特點(diǎn)

　　支持事務(wù)層和總線管理層，而且?guī)в幸粋€(gè)PCI主機(jī)總線接口，以及高速率數(shù)據(jù)傳輸所需要的DMA引擎。支持兩種數(shù)據(jù)傳輸：異步傳輸和等時(shí)傳輸。

　　異步傳輸：1394 OHCI可以發(fā)送和接收所有1394所定義的數(shù)據(jù)包格式。無論是從主機(jī)存儲(chǔ)器中讀出發(fā)送數(shù)據(jù)包，還是將接收到的數(shù)據(jù)包寫入主機(jī)存儲(chǔ)器，都是通過DMA來實(shí)現(xiàn)的。在向主機(jī)總線存儲(chǔ)空間讀和寫時(shí)，1394 OHCI也可以通過直接執(zhí)行1394讀和寫請(qǐng)求而作為主機(jī)總線和1394之間的總線橋。

　　等時(shí)傳輸：1394 OHCI可以執(zhí)行循環(huán)控制器的功能。也就是說它包含了一個(gè)循環(huán)計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器，可以在8 kHz時(shí)鐘的每個(gè)上升沿后安排一個(gè)循環(huán)開始包的傳輸。1394 OHCI可以產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘。當(dāng)它不是循環(huán)控制器時(shí)，1394 OHCI根據(jù)循環(huán)開始包，通過更正其循環(huán)計(jì)時(shí)器來保持它的內(nèi)部時(shí)鐘與主節(jié)點(diǎn)的周期同步。1394 OHCI為等時(shí)發(fā)送和等時(shí)接收各提供了一個(gè)DMA控制器。每個(gè)DMA控制器支持高達(dá)32個(gè)不同的DMA上下文（context）。等時(shí)發(fā)送DMA控制器可以在每個(gè)周期，從每個(gè)上下文發(fā)送數(shù)據(jù)。而每個(gè)上下文只能從唯一的等時(shí)信道發(fā)送數(shù)據(jù)。等時(shí)接收DMA控制器可以在每個(gè)周期，從每個(gè)上下文接收數(shù)據(jù)。但是每個(gè)上下文既可以從唯一的等時(shí)信道接收數(shù)據(jù)，也可以從多個(gè)等時(shí)信道接收數(shù)據(jù)。

　　2 硬件結(jié)構(gòu)

　　以FPGA內(nèi)嵌的NIOSII處理器為開發(fā)平臺(tái)，控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要由NIOSII系統(tǒng)模塊、SPI口的數(shù)據(jù)輸入輸出模塊、1394套片模塊、SRAM模塊、串口（UART）通信模塊、電源管理模塊、EPCS模塊和Flash模塊組成。其中，FPGA芯片為主控芯片，選擇Ahera公司Cyclone II系列的EP2C70F672C8N；Flash芯片用于存儲(chǔ)NIOSII嵌入式處理器的代碼和數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA上電后從中讀取；SRAM芯片一個(gè)用于對(duì)外部大量視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，另一個(gè)作為C代碼的運(yùn)行空間。串口主要用以產(chǎn)生異步數(shù)據(jù)，外部視頻數(shù)據(jù)則主要通過SPI口進(jìn)行等時(shí)傳輸。

圖1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖