FPGA+DSP的高速通信接口設(shè)計與實現(xiàn)

　　（2） 控制部分：由令牌轉(zhuǎn)換模塊和控制模塊組成，是整個設(shè)計的核心部分，完成對各部分的控制和與FPGA內(nèi)部進(jìn)行通信（通過CTL一組信號）。TS101的鏈路口通信握手是靠兩根時鐘信號驗證令牌指令完成，即當(dāng)發(fā)送端驅(qū)動原本為高的LxCLKOUT信號為低電平，以此作為令牌請求向接收端發(fā)出。如果接收端準(zhǔn)備好接收，則接收端驅(qū)動LxCLKIN為高；如果令牌發(fā)出6個時鐘周期后，LxCLKIN信號仍然為高，則肩動數(shù)據(jù)傳輸（以上時鐘信號都以發(fā)送端視角分析）。本設(shè)計中，令牌轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)驗證令牌和發(fā)送令牌。這里要注意，由于用來驗證令牌低電平個數(shù)的時鐘信號（PLL_32ns）是由FPGA時鐘信號（CLK）通過鎖相環(huán)倍頻得到，與DSP鏈路口時鐘異步，故驗證令牌時，當(dāng)計數(shù)器計到5個低電平時即可認(rèn)為已達(dá)成通信握手，否則可能會丟失數(shù)據(jù)。達(dá)成握手后通知控制模塊向接收或發(fā)送緩存輸出控制信號，其中接收控制信號包括寫緩存時鐘和寫使能。發(fā)送控制信號包括讀緩存時鐘、讀使能和DSP中斷信號（DSP_IRQ），其中寫緩存時鐘通過對鏈路口時鐘分頻得到，讀緩存時鐘由鎖相環(huán)倍頻FPGA工作時鐘得到。

　　（3） 發(fā)送部分：與接收部分類似，也南編碼和緩存兩部分組成，相應(yīng)的設(shè)計基本相同，這里不作過多介紹。由于DSP鏈路口每次傳輸數(shù)據(jù)個數(shù)的最小單位是4個32位字，即8個鏈路時鐘周期，所以發(fā)送時鐘廊該每8個時鐘周期一組，以湊夠128bit，避免傳輸錯誤，其中多余無效的數(shù)據(jù)DSP可以自行舍去。發(fā)送部分采用DSP外部中斷方式而不是鏈路口中斷方式通知DSP接收數(shù)據(jù)。

　　TS101的鏈路口通信協(xié)議要求鏈路口接收端在傳輸啟動一個周期后，將其LxCLKOUT拉低，若可以繼續(xù)接收，在下一個周期再將其拉高，以此作為連接測試。實際運行中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)FPGA接收數(shù)據(jù)時，可將LxCLKOUT信號一直驅(qū)動為高，不必做特殊的連接測試也能正確接收數(shù)據(jù)。另外，發(fā)送鏈路口數(shù)據(jù)時，由于發(fā)送緩存中已經(jīng)對應(yīng)仔好了要發(fā)送的8bit數(shù)據(jù)，故可以使用對FPGA時鐘信號（CLK）倍頻得到的PLL_16ns信號來讀發(fā)送緩存，讀出的數(shù)據(jù)即鏈路口發(fā)送數(shù)據(jù)，再對PLL_16ns信號的下降沿分頻得到鏈路口的發(fā)送時鐘信號。

　　限于篇幅，本文只給出FPCA接收TS101數(shù)據(jù)的時序圖，如圖3所示。LxCLKIN、LxDAT[7..0]是DSP的鏈路口輸出時鐘和數(shù)據(jù)，LxCLKOUT是FPGA的回饋準(zhǔn)備好信號。仿真中鏈路口數(shù)據(jù)采用1F-3E（十六進(jìn)制）的32個8bit數(shù)據(jù)，即從2221201F到3E3D3C3B的8個32bit數(shù)據(jù)；PLL_32ns信號是FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)產(chǎn)生的與DSP鏈路口時鐘異步的32ns時鐘信號，用來校驗令牌指令；W_FIFO_EN信號足寫緩存使能信號，當(dāng)令牌驗證后使能接收緩存；DSP_DAT信號是DSP通過鏈路門傳輸?shù)?2bit數(shù)據(jù)，通過對鏈路口數(shù)據(jù)的編碼得到；W_BUF_CLK信號由鏈路口時鐘分頻處理得到，將上升沿對應(yīng)的32bit DSP數(shù)據(jù)寫入接收緩存，完成接收過程。

　　2.3 基于FPGA的TS201鏈路口設(shè)計

　　圖4給出了FPGA與TS201進(jìn)行鏈路口通信的設(shè)計框圖。由于TS201的握手信號較多，所以相對TS101的鏈路口設(shè)計容易些。本設(shè)計FPGA時鐘50MHz，TS101核時鐘500MHz，鏈路口時鐘為DSP核時鐘的4分頻，采用4bit方式，單向?qū)嶋H數(shù)據(jù)傳輸速率為125MBps。

　　TS201的鏈路口數(shù)據(jù)和時鐘采LVDS信號，具有速率高、功耗低、噪聲小的優(yōu)點。Cyclone系列芯片不僅支持LVDS信號，還集成了LVDS轉(zhuǎn)換模塊，這給設(shè)計提供了很大方便。應(yīng)該注意的是，在硬件設(shè)計時LVDS信號兩極的PCB走線要匹配，并且注意匹配電阻網(wǎng)絡(luò)的接入。

　　TS201的鏈路口有1bit和4bit兩種傳輸方式，本文以4b