基于SCA規(guī)范下FPGA的硬件抽象層設(shè)計(jì)

　　如圖1所示，組件一般用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能。這類組件由波形開發(fā)者依據(jù)HAL-C應(yīng)用接口進(jìn)行設(shè)計(jì)，而在硬件平臺(tái)上則依據(jù)PE的具體環(huán)境實(shí)現(xiàn)這些HAL-C應(yīng)用接口。由硬件平臺(tái)提供的HAL-C應(yīng)用接口可給HC提供一個(gè)底層的通信接口，這些底層API的主要目的是讓同一或者不同PE上的HC能夠通信。HC1、HC2之間的通信并不是直接進(jìn)行的，而是通過HAL-C提供的通信機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。HC1、HC2的開發(fā)者只需要把數(shù)據(jù)發(fā)送給HAL就可以了。具體數(shù)據(jù)如何從HC1傳輸?shù)紿C2，則是硬件抽象層要完成的工作。

　　通?？捎靡粋€(gè)貯存在HAL-C基層結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單傳輸模塊Tx來描述數(shù)據(jù)的傳輸。有兩種類型的傳輸需要描述，一種是貯存在不同PE上的HC之間通過物理信道進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的傳輸，如圖1中HC2到HC3的數(shù)據(jù)傳輸。它可以通過不同的物理信道實(shí)現(xiàn)(如PCI，RapidIO等)，物理信道可以看作是傳輸在硬件平臺(tái)上的映射；另一種傳輸是在硬件內(nèi)部進(jìn)行的傳輸，雖然組件自己可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，但是若使用硬件抽象層連接來約束這種傳輸，則能提高組件的通用性。

　　為了簡(jiǎn)化上面的連接模型，這里引入了end-point的概念。即一條從HC出發(fā)，通過傳輸模塊的路徑被指定為一條邏輯通道。HC可使用HAL-C應(yīng)用接口來訪問endpoint，以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。HAL-C基層結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)通過邏輯信道移動(dòng)到指定的endpoint，這就可以把以前HC開發(fā)者應(yīng)該做的工作轉(zhuǎn)移到硬件抽象層中來實(shí)現(xiàn)，從而使波形開發(fā)與硬件相關(guān)資源相分離。

　　2 FPGA硬件抽象層連接接口

　　SCA規(guī)范中使用了兩種類型的接口：“provides”和“uses”。其中“provides”接口用來提供服務(wù)，“uses”接口用來使用這種服務(wù)。這種思想可被擴(kuò)展應(yīng)用到FPGA的組件級(jí)。也就是把一個(gè)由HAL-C基層結(jié)構(gòu)向組件提供數(shù)據(jù)的接口定義為HAL-C基層結(jié)構(gòu)的“provides”端口，然后由組件利用HAL-C基層結(jié)構(gòu)的“uses”端口給其它組件提供數(shù)據(jù)。HAL-C API希望HC通過通用接口來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在FPGA上，可使用source和sink來定義SCA中的這兩種端口。這些接口通常以線路和信號(hào)的形式存在。

　　2.1 source接口

　　source接口用于從HC向HAL-C基層結(jié)構(gòu)傳遞數(shù)據(jù)，它可根據(jù)硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)來確定信息被發(fā)送到指定的HC中。source接口應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)如下：

　　clock：接口的同步時(shí)鐘，所有信號(hào)均應(yīng)與該時(shí)鐘同步；

　　data：數(shù)據(jù)總線，其寬度可以是1，8，16，32，64位；

　　channel：與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的邏輯通道號(hào)；

　　length：定義數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，可用MAXBUFFERSIZE描述數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度；

　　write：傳輸數(shù)據(jù)的使能信號(hào)；

　　socketRequest：寬度為MAXSOURCESOCK-ETS的矢量，用于描述一個(gè)指定的邏輯信道接口正在請(qǐng)求訪問sink的邏輯信道；

　　socketReady：寬度為MAXSINKSOCKETS的矢量所包含的一個(gè)流控制信號(hào)，用以應(yīng)答source接口的請(qǐng)求信號(hào)。

　　source接口模塊如圖2所示。

　　2.2 sink接口

　　sink接口主要用于從HAL-C基層結(jié)構(gòu)接收數(shù)據(jù)并送給HC。sink接口應(yīng)當(dāng)接收source接口輸出的信號(hào)，它應(yīng)當(dāng)接收大小由length信號(hào)確定的數(shù)據(jù)。socketReady表示當(dāng)sink接口從source接口接收數(shù)據(jù)時(shí)的寬度，該寬度為MAXSINKSOCKETS的矢量所包含的一個(gè)流控制信號(hào)，是為source端口應(yīng)答的信號(hào)。

　　圖3所示為sink接口模塊圖。

　　2.3 source和sink的典型應(yīng)用模型

　　FPGA是硬件可編程設(shè)備，F(xiàn)PGA的內(nèi)部功能模塊可通過直接線路或總線相互連接。這意味著一個(gè)包含多個(gè)功能模塊的FPGA內(nèi)部體系可以被分解成分散的子模塊，這些子模塊可通過外部連接機(jī)制相互連接。圖4所示是FPGA內(nèi)部使用sink和source的典型模塊圖。