用CPLD實(shí)現(xiàn)DSP與PLX9054之間的連接

摘    要：本文介紹了利用CPLD實(shí)現(xiàn)DSP芯片TMS320C6711b和PCI橋芯片PLX9054之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，并給出了相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖和性能分析。
關(guān)鍵詞：PCI總線；HPI；local bus
引言
CPLD為設(shè)計(jì)任務(wù)從最簡(jiǎn)單的PAL綜合設(shè)計(jì)到先進(jìn)的實(shí)時(shí)硬件現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)提供了全套的解決方法。本文討論如何使用Xilinx公司的CPLD器件XC9500LV實(shí)現(xiàn)PLX9054的局部總線 (local bus)和DSP的HPI口之間的實(shí)時(shí)通信。采用這種設(shè)計(jì)可以以單字或DMA方式完成主機(jī)與DSP之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率達(dá)到16Mb/s?？梢詰?yīng)用于實(shí)時(shí)的圖形、圖像及動(dòng)畫處理場(chǎng)合。

設(shè)計(jì)需求
 local bus接口要求
PLX9054是PCI接口專用主從器件，包括通信、網(wǎng)絡(luò)、磁盤控制、多媒體等高性能接口功能。PLX9054可以以多種方式實(shí)現(xiàn)從pci總線端到局部總線端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，如直接傳輸，DMA控制傳輸?shù)?。pci總線和局部總線之間以6個(gè)可編程FIFO連接，可實(shí)現(xiàn)突發(fā)并行傳輸。通過(guò)串行EEPROM或PCI主控設(shè)備對(duì)PLX9054內(nèi)部的配置寄存器進(jìn)行設(shè)置，簡(jiǎn)化框圖如圖1所示。通過(guò)配置EEPROM，設(shè)置PLX9054作為PCI總線的從設(shè)備，工作在C模式下(數(shù)據(jù)、地址總線非復(fù)用)，局部總線數(shù)據(jù)寬度為16bit，并使能外部設(shè)備就緒信號(hào)READY，禁止無(wú)限爆發(fā)操作(屏蔽BTERM bit)。
局部總線端的讀、寫時(shí)序基本相同，如圖2所示。以寫周期為例說(shuō)明。首先，PLX9054通過(guò)置LHOLD信號(hào)有效來(lái)申請(qǐng)局部總線的主控權(quán)，在收到局部總線仲裁的響應(yīng)信號(hào)LHOLDA之后，PLX9054成為局部總線的主控。隨后置ADS#信號(hào)為低，使得地址總線信號(hào)LA[31:2]、字節(jié)使能信號(hào)LBE[3:0]和讀寫選擇信號(hào)LW/R#進(jìn)入有效狀態(tài)。一個(gè)LCLK周期之后，PLX9054停止驅(qū)動(dòng)ADS#。這時(shí)，地址總線LA[31:2]上的地址信號(hào)將保持有效，直至數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)有效，并保持一個(gè)LCLK周期。數(shù)據(jù)線LD[15:0]上的數(shù)據(jù)信號(hào)由READY#驅(qū)動(dòng)，在讀、寫操作周期，READY#分別表示局部總線設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)。BLAST#信號(hào)由PLX9054提供，BLAST#信號(hào)為低，表示一次傳輸?shù)淖詈笠粋€(gè)字節(jié)，BLAST#的上升沿標(biāo)志一次數(shù)據(jù)傳輸完成。一個(gè)LCLK周期之后，PLX9054拉低LHOLD，放棄對(duì)局部總線的主控權(quán)。局部總線仲裁響應(yīng)PLX9054的LHOLD信號(hào)，拉低LHOLDA，收回局部總線主控權(quán)，這時(shí)的局部總線置于閑置狀態(tài)。這里，PLX9054作為局部總線主控權(quán)的唯一申請(qǐng)者，只要提出總線申請(qǐng)，局部總線仲裁就立即響應(yīng)該申請(qǐng)。
HPI設(shè)計(jì)要求
HPI是一種數(shù)據(jù)寬度為16bit的并行端口，通過(guò)HPI，主機(jī)可以直接對(duì)CPU的存儲(chǔ)器空間進(jìn)行操作。HPI內(nèi)部加入了兩個(gè)8級(jí)深度的讀寫緩沖，可以執(zhí)行地址自增的讀寫操作，提高了讀寫操作的吞吐量。HPI為內(nèi)部CPU提供了標(biāo)準(zhǔn)32bit的數(shù)據(jù)接口，而它為外部主機(jī)提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)的16bit接口，所以對(duì)外部主機(jī)而言，每次讀寫必須執(zhí)行成對(duì)的16bit操作。
HPI內(nèi)部有3個(gè)寄存器，分別是控制寄存器(HPIC)，地址寄存器(HPIA)和數(shù)據(jù)寄存器(HPID)。這3個(gè)寄存器可以直接被主機(jī)訪問(wèn)，主機(jī)每執(zhí)行一次對(duì)CPU內(nèi)部存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)，都必須先對(duì)控制寄存器和地址寄存器寫入相應(yīng)的值，然后才能對(duì)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行讀寫操作。HPI的外部接口由數(shù)據(jù)總線HD[15:0]以及一部分用于描述和控制HPI的控制信號(hào)組成，這些控制信號(hào)包括：
HCNTL[1:0]：控制HPI的操作類型。
HHWIL：半字確認(rèn)輸入，“0”，“1”分別表示一次字傳輸?shù)牡谝粋€(gè)半字和第二個(gè)半字。
HR/W#：讀/寫選擇。
HRDY#：就緒狀態(tài)標(biāo)志。
HINT#：中斷標(biāo)志，DSP向主機(jī)提中斷。
HAS#：區(qū)別地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線的數(shù)據(jù)與地址。
HDS1#，HDS2#，HCS#：數(shù)據(jù)選通輸入，共同作用產(chǎn)生一個(gè)HPI內(nèi)部選通信號(hào)HSTROBE#：
HSTROBE# = [NOT(HDS1# XOR HDS2#)] OR HCS#。
對(duì)于一個(gè)寫HPI的操作，首先使能HCS#，變化HDS1#或HDS2#，使得HSTROBE#信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)下降沿。HPI這個(gè)下降沿采樣控制信號(hào)HCNTL[1:0]、HHWIL和HR/W#，使能HCS#的同時(shí)，扇出HRDY#。主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)，直到HRDY#產(chǎn)生下降沿，表明HPID已清空，可以接收新的數(shù)據(jù)。這時(shí)HSTROBE#產(chǎn)生一個(gè)上升沿，采樣HD[15:0]上的數(shù)據(jù)送入HPID，完成第一個(gè)半字的寫入。對(duì)于第二個(gè)半字的寫入，由于32bit的HPID已經(jīng)清空，可以直接寫入數(shù)據(jù)，不會(huì)出現(xiàn)未準(zhǔn)備好的情況，所以HRDY#一直保持為低。與第一個(gè)字節(jié)的寫入相同，在HSTROBE#的下降沿采樣控制信號(hào)，HSTROBE#的上升沿采樣數(shù)據(jù)總線HD[15:0]的數(shù)據(jù)送入HPID，完成一個(gè)32bit的寫入操作。
對(duì)于讀HPI的操作，當(dāng)HCS#變成有效，在主機(jī)不采用地址自增方式從HPID執(zhí)行讀操作時(shí)(case1)，HPI會(huì)向內(nèi)部地址產(chǎn)生硬件送一個(gè)讀請(qǐng)求。HCS#的下降沿使得HRDY#變?yōu)楦唠娖?，直到?nèi)部地址產(chǎn)生硬件將請(qǐng)求的數(shù)據(jù)裝載進(jìn)HPID，HRDY#變?yōu)橛行顟B(tài)。數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)為讀出的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)保持有效，直到HSTROBE#上升沿采樣數(shù)據(jù)后的10ns左右。在第二次讀操作開(kāi)始時(shí)，數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)在HPID上了，因此，第二個(gè)半字的讀操作將不會(huì)遇到未準(zhǔn)備好的情況。在HPID以地址自增的方式進(jìn)行讀操作時(shí)，HCS#在整個(gè)多個(gè)字節(jié)的傳輸過(guò)程中始終保持有效，一旦完成現(xiàn)在的讀操作，下一地址的數(shù)據(jù)馬上被取出。因此，完成現(xiàn)在讀操作的第二個(gè)半字的傳輸之后(在HSTROBE#的第二個(gè)上升沿)，由HSTROBE#的下降沿(通過(guò)變化HDS1#或者HDS2#來(lái)產(chǎn)生)扇出HRDY#信號(hào)，用于指示HPI正忙于數(shù)據(jù)的預(yù)讀取。

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
CPLD的功能是要完成局部總線端和HPI端口之間控制信號(hào)和數(shù)據(jù)總線的連接，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過(guò)以上對(duì)局部總線和HPI的讀寫時(shí)序的分析得知，一些關(guān)鍵信號(hào)，例如HCS#、READY#和HRDY#的時(shí)序設(shè)計(jì)很重要，整個(gè)CPLD設(shè)計(jì)的主要任務(wù)也是圍繞這幾個(gè)信號(hào)的設(shè)計(jì)展開(kāi)的。
由HCS#、HDS1#和HDS2#共同作用產(chǎn)生的HPI口內(nèi)部信號(hào)HSTROBE#的上升沿和下降沿直接控制著送入HPI端口的數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)，并且HSTROBE#變化的速率決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，因此它是一個(gè)非常關(guān)鍵的信號(hào)。這里，HCS#信號(hào)作為字節(jié)傳輸標(biāo)志信號(hào)，在一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中始終保持有效。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之后，將HCS#拉高，從而控制HRDY#信號(hào)恢復(fù)到初始狀態(tài)，為下一次讀寫操作做好準(zhǔn)備。HDS1#或者HDS2#中的一個(gè)固定接高電平，變化另外一個(gè)來(lái)控制HSTROBE#產(chǎn)生上升沿和下降沿。這里將HDS1#固定接高電平，由ADS#和HRDY#信號(hào)產(chǎn)生邏輯來(lái)控制HDS2#信號(hào)。當(dāng)HRDY#處于無(wú)效狀態(tài)，即HPI端口未準(zhǔn)備就緒時(shí)，HDS2#信號(hào)不變，不采樣任何信號(hào)；當(dāng)HRDY#有效時(shí)，HCS2#信號(hào)同ADS#信號(hào)保持一致，在ADS#的下降沿采樣控制信號(hào)，上升沿采樣數(shù)據(jù)信號(hào)。另外，在一次傳輸開(kāi)始之前和結(jié)束之后，HDS2#都要保持為高電平。
其他一些控制信號(hào)，如高低字節(jié)標(biāo)志信號(hào)HHWIL是隨著HSTROBE#的上升沿的出現(xiàn)不斷產(chǎn)生0和1的交替變化，所以用HDS2#作時(shí)鐘輸入的兩分頻電路來(lái)產(chǎn)生HHWIL。局部總線申請(qǐng)應(yīng)答信號(hào)LHOLDA由LHOLD信號(hào)經(jīng)一個(gè)LCLK的延遲后輸出產(chǎn)生。HCNTL[0：1]接兩根地址線，由上層驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制對(duì)HPI內(nèi)部不同寄存器的訪問(wèn)，LW/R接反相器來(lái)產(chǎn)生HW/R信號(hào)。原理如圖3所示。

結(jié)語(yǔ)
本文提供的這種設(shè)計(jì)方法經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，可以保證PLX9054和DSP之間的可靠連接，且邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)線可完全獨(dú)立于CPLD之外直接連接，從而有效地節(jié)約成本，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值?！?/P>

參考文獻(xiàn)
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2．TMS320C6711/B/C data book . TI  Febeuary 1999
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