利用EPLD實(shí)現(xiàn)TMS320C5402與SDRAM接口

摘要：介紹了基于電可擦除可編程邏輯器件（EPLD），用VHDL語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的TMS320C5402與SDRAM的接口電路。

關(guān)鍵詞：電可擦除可編程邏輯器件 數(shù)字信號處理器 同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 接口電路 VHDL

在多媒體應(yīng)用中，多媒體信息絕大部分是視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)，而數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是非常龐大的。為了能夠及時(shí)完整地處理前端采集的數(shù)據(jù)，一般系統(tǒng)都采用高速DSP和大容量緩沖存儲(chǔ)器，且緩沖存儲(chǔ)器一般選用同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SDRAM）。由于DSP不能直接與SDRAM接口，耐用SDRAM控制時(shí)序比較復(fù)雜，因此本文介紹如何利用電可擦除可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)TMS320C5402與SDRAM的接口。

1 SDRAM結(jié)構(gòu)和命令

SDRAM是一種具有同步接口聽高速動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，本文選用的是Samsung公司512K×16Bit×2組的KM416S1120D。SDRAM的同步接口和內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)允許存儲(chǔ)外部高速數(shù)據(jù)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

SDRAM的所有輸入和輸出都與系統(tǒng)時(shí)鐘CLK上升沿同步，并且由輸入信號RAS、CAS、WE組合產(chǎn)生SDRAM控制命令，其基本的控制命令如表1所示。

在具體操作SDRAM時(shí)，首先必須通過MRS命令設(shè)置模式寄存器，以便確定SDRAM的列地址延遲、突發(fā)類型、突發(fā)長度等工作模式；再通過ACT命令激活對應(yīng)地址的組，同時(shí)輸入行地址；然后通過RD或WR命令輸入列地址，將相應(yīng)數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭雽?yīng)的地址；操作完成后用PCH命令或BT命令中止讀或?qū)懖僮鳌Ｔ跊]有操作的時(shí)候，每32ms必須用ARF命令刷新數(shù)據(jù)（2048行），防止數(shù)據(jù)丟失。

2 FLEX10K系列EPLD特點(diǎn)

FLEX10K系列EPLD是工業(yè)界第一個(gè)嵌入式的可編碼邏輯器件，主要由嵌入式陣列塊（EAB）、邏輯陣列塊（LAB）、快速布線通道（FastTrack）和I/O單元組成，具有如睛特點(diǎn)：

（1）片上集成了實(shí)現(xiàn)宏函數(shù)的嵌入式陣列和實(shí)現(xiàn)普通函數(shù)的邏輯陣列；

（2）具有10000～250000個(gè)可用門；

（3）支持多電壓I/O接口，遵守PCI總線規(guī)定，內(nèi)帶JTAG邊界掃描測試電路；

（4）可快速預(yù)測連線延時(shí)的快速通道連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)；

（5）多達(dá)6個(gè)全局時(shí)鐘信號和4個(gè)全局清除信號；

（6）增強(qiáng)功能的I/O引腳，每個(gè)引腳都有一個(gè)獨(dú)立的三態(tài)輸出使能控制，都有漏極開路選擇。

3 TMS320C5402和SDRAM接口設(shè)計(jì)

TMS320C5402和SDRAM接口電路方框圖如圖2所示。命令接口主要對DSP送來的SDRAM的地址和操作命令進(jìn)行解碼（命令編碼見表1）；刷新控制主要對SDRAM數(shù)據(jù)刷新進(jìn)行計(jì)時(shí)，確保32ms刷新2048行數(shù)據(jù)；仲裁電路主要對讀寫命令和刷新命令進(jìn)行仲裁，杜組同時(shí)操作，防止數(shù)據(jù)丟失；命令產(chǎn)生器主要用來產(chǎn)生控制SDRAM的各種時(shí)序，完成SDRAM的讀、寫和刷新，同時(shí)控制FIFO的讀、寫操作；FIFO是DSP與SDRAM之間的數(shù)據(jù)通道，深度為256，其作用是充分利用SDRAM的突發(fā)讀寫功能，提高系統(tǒng)速度，同時(shí)簡化DSP軟件設(shè)計(jì)。

表1 SDRAM命令編碼表

3.1 命令接口和刷新控制電路設(shè)計(jì)

命令接口電路主要由命令寄存器、命令譯碼器器、SDRAM行列地址鎖存器、模式寄存器組成。其中命令寄存器映射為DSP的I/O空間0001H，SDRAM行和列地址鎖存器分別映射為DSP的I/O空間0002H和0003H，模式寄存器映射為DSP的I/O空間0004H，具體控制命令和I/O地址分配如表2、表3所示。DSP每次進(jìn)行讀、寫操作時(shí)，首先向其I/O空間0002H和0003H寫入SDRAM行和列地址，然后向I/O空間000H寫入控制命令，命令譯碼器根據(jù)命令寄存器中命令，譯碼后向仲裁電路發(fā)出讀寫請求。

表2 DSP I/O空間映射地址分配表

表3 SDRAM模式寄存器控制位

刷新控制電路主要由1562計(jì)數(shù)器構(gòu)成。由于TMS320C5402時(shí)鐘頻率為100MHz，SDRAM要求在32ms之內(nèi)刷新2048行數(shù)據(jù)，因此該計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值應(yīng)小于：32ms/2048/0.01μs=1562.5。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿1562次時(shí)，刷新控制電路向仲裁電路發(fā)出刷新要求。

3.2 仲裁電路和命令產(chǎn)生器設(shè)計(jì)

仲裁電路接收命令接口模塊解碼的命令和刷新控制模塊的刷新請求的優(yōu)先級較高。當(dāng)來自DSP的命令和來自刷新控制模塊的刷新請求命令和來自刷新控制模塊的刷新請求同時(shí)到達(dá)時(shí)，則首先執(zhí)行刷新操作，然后執(zhí)行來自DSP的命令。這樣可以防止SDRAM的數(shù)據(jù)選擇 失。由此可知，仲裁電路實(shí)質(zhì)上是國個(gè)優(yōu)先級選擇器。

命令產(chǎn)生器主要產(chǎn)生SDRAM讀、寫和刷新的控制時(shí)序（具體時(shí)序可見參考文獻(xiàn)1）以及FIFO的讀寫控制信號，用以對SDRAM進(jìn)行各種操作，其實(shí)質(zhì)上是國個(gè)Mealy型狀態(tài)機(jī)，利用VHDL語言可以很方便地實(shí)現(xiàn)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示。

3.3 FIFO設(shè)計(jì)

FIFO電路是DSP與SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道，通過FIFO電路可以很好地實(shí)現(xiàn)DSP對SDRAM的讀寫。FIFO電路被映射為DSP的I/O空間0000H（見表2），DPS對SDRAM的每次讀或?qū)?，都對DSP的I/O空間0000H操作，簡化了DSP軟件設(shè)計(jì)。利用FLEX10K系列EPLD內(nèi)部嵌入式陣列塊（ESB）和參數(shù)化模塊（LPM），可以很快地構(gòu)造出256×16的FIFO電路，F(xiàn)IFO的設(shè)計(jì)比較簡單。VHDL描述具體如下（注意在程序開始處添加LPM庫）：

FIFO256：CSFIFO

GENERIC MAP（LPM_WIDTH =16；LPM_NUMWORDS 256）；

PORT MAP（data =(LPM_WIDTH-1 DOWNTO 0);

wreq =wr;rreq =rd;

clock =clk50;clockx2 =clk100;

clr =clr;sclr = sclr;

empty =empty;full =full;

q=q(LPM_WIDTH-1 DOWNTO 0));

由于EPLD通用、高速及價(jià)廉的特點(diǎn)，因此具有很好的實(shí)際應(yīng)用前景，尤其適用于需要大容量高速緩沖存儲(chǔ)器的多媒體應(yīng)用。