高速PCI信號(hào)采集卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)例之： FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

13.6FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

13.6.1構(gòu)框圖

基于FPGA及PCI9054的信號(hào)采集卡的核心設(shè)計(jì)部分是FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邏輯設(shè)計(jì)。如圖13.15所示為本系統(tǒng)FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

其中，信號(hào)接收器是接收采集信號(hào)的模塊，對(duì)LVTTL信號(hào)接口和LVDS信號(hào)接口輸入的信號(hào)進(jìn)行分析，并將獲得的信號(hào)送入下一個(gè)模塊。

內(nèi)部信號(hào)源是一個(gè)用于測(cè)試的模塊。通過產(chǎn)生一個(gè)已知的有序的信號(hào)序列送至信號(hào)接收器，最終進(jìn)入主機(jī)后進(jìn)行檢測(cè)，即可得知整個(gè)傳輸過程的正確性。

雙口RAM用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的串并轉(zhuǎn)換，使輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成32位數(shù)據(jù)位寬，同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘域的轉(zhuǎn)換。另外通過乒乓操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序存取。

圖13.15FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

數(shù)據(jù)控制模塊用于產(chǎn)生雙口RAM和SDRAM控制器的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，是雙口RAM模塊與SDRAM控制器的橋梁。實(shí)現(xiàn)雙口RAM至SDRAM控制器正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。同時(shí)，數(shù)據(jù)控制模塊還負(fù)責(zé)從SDRAM控制器讀取數(shù)據(jù)，并送至FPGA內(nèi)的FIFO緩沖區(qū)中，用于PCI總線交互。

SDRAM控制器是FPGA內(nèi)用于外部SDRAM控制的模塊。

PCI本地控制器是FPGA內(nèi)用于控制PCI9054本地總線交互的模塊。

PLL是AlteraFPGA內(nèi)提供的模擬延遲鎖相環(huán)模塊，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘的倍頻、分頻及延遲等時(shí)鐘控制操作。通過該模塊可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)不同時(shí)鐘域的時(shí)鐘分配。

13.6.2設(shè)計(jì)方法

在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，主要通過自行編寫模塊、調(diào)用宏模塊和引用開源模塊3種方式來實(shí)現(xiàn)模塊的設(shè)計(jì)。

1．自行編寫模塊

自行編寫模塊就是完全通過自行編寫的邏輯完成模塊的設(shè)計(jì)，可以使用硬件編程語言、狀態(tài)機(jī)、電路圖等方式實(shí)現(xiàn)。

本設(shè)計(jì)中的PCI本地控制器、信號(hào)接收器、內(nèi)部信號(hào)源、數(shù)據(jù)控制等模塊都是使用Verilog硬件語言自行編寫設(shè)計(jì)的。

2．調(diào)用宏模塊

在邏輯設(shè)計(jì)中，Altera已經(jīng)為設(shè)計(jì)者提供了豐富的基本邏輯組件的模塊。設(shè)計(jì)者只需使用宏模塊向?qū)нM(jìn)行調(diào)用，配置相應(yīng)的參數(shù)，即可得到符合設(shè)計(jì)需求的模塊。

本設(shè)計(jì)中的雙口RAM、PLL及FIFO緩沖模塊正是通過調(diào)用CycloneFPGA支持的相應(yīng)的LPM_RAM_DP、ALTPLL和LPM_FIFO+宏模塊實(shí)現(xiàn)的。如圖13.16所示為Altera宏模塊向?qū)Ч芾砥鹘缑妗?/p>

圖13.16Altera宏模塊向?qū)Ч芾砥?/p>

3．引用開源模塊

除了設(shè)計(jì)者自行編寫模塊及宏模塊向?qū)Ч芾砥髦刑峁┑哪K以外，設(shè)計(jì)者還可以引用開源的模塊加入到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。開源的模塊往往是一些廠家對(duì)一些常見的外圍器件提供的控制模塊。

本設(shè)計(jì)中使用的SDRAM控制器正是引用了成熟的開源模塊進(jìn)行的設(shè)計(jì)，Altera為SDRAM控制器給出了白皮書和開源模塊。設(shè)計(jì)者只需將該開源模塊引用至系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，進(jìn)行一定的修改即可使用。