利用以太網(wǎng)硬件在環(huán)路實(shí)現(xiàn)高帶寬DSP仿真

通常情況下，在設(shè)計(jì)基于FPGA的大型信號(hào)處理系統(tǒng)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員往往需要進(jìn)行費(fèi)時(shí)費(fèi)力的仿真。以Xilinx System Generator for DSP為代表的FPGA設(shè)計(jì)工具，通過(guò)提供可靠的硬件在環(huán)接口（該接口可以直接將FPGA硬件置入設(shè)計(jì)仿真），來(lái)解決這種問(wèn)題。 通過(guò)在硬件上模擬部分設(shè)計(jì)，這些接口可以大大提高仿真的速度——通?？梢蕴岣咭粋€(gè)甚至多個(gè)數(shù)量級(jí)。使用硬件在環(huán)還可以讓設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)進(jìn)行FPGA硬件調(diào)試和驗(yàn)證。

System Generator for DSP 可以為多類(lèi)FPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供硬件在環(huán)接口。這些平臺(tái)通常通過(guò)不同的物理接口和PC建立通信。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)JTAG協(xié)仿真接口可以允許任何一個(gè)具備JTAG頭和Xilinx FPGA的FPGA板在System Generator for DSP內(nèi)部進(jìn)行協(xié)仿真。其它類(lèi)型的板卡，比如XtremeDSPTM開(kāi)發(fā)工具套件，是通過(guò)PCI總線(xiàn)進(jìn)行通信的。直到最近以來(lái)，具有高存儲(chǔ)帶寬和吞吐率要求的系統(tǒng)協(xié)仿真（例如視頻和圖像處理），還只能在那些通過(guò) PCI或者是 PCMCIA接口直接與PC建立通信的開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行。

基 于以太網(wǎng)的協(xié)仿真 System Generator for DSP 8.1內(nèi)含一個(gè)全新的以太網(wǎng)協(xié)仿真接口，該接口首次讓Xilinx ML402 評(píng)估平臺(tái)具備了高帶寬協(xié)仿真的能力。ML402開(kāi)發(fā)板將直接通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程連接到計(jì)算機(jī)上。

接口的核心是Xilinx三態(tài)以太網(wǎng) MAC核，它可以支持10/100/1000 Mbps半雙工和全雙工操作模式。當(dāng)設(shè)計(jì)人員通過(guò)使用以太網(wǎng)硬件協(xié)仿真接口生成一個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，System Generator for DSP將自動(dòng)在設(shè)計(jì)周?chē)⒈匾倪壿?，從而在仿真的過(guò)程中，通過(guò)以太網(wǎng)連接與FPGA進(jìn)行通信（圖1）。 你還可以雙擊任意一個(gè)設(shè)計(jì)的System Generator模塊打開(kāi)它的參數(shù)配置對(duì)話(huà)框，從而生成一個(gè)用于以太網(wǎng)硬件協(xié)仿真的設(shè)計(jì)。在編譯菜單下，從硬件協(xié)仿真菜單中選擇ML402/Ethernet編譯（參見(jiàn)圖2）。你可以在兩種不同的以太網(wǎng)協(xié)仿真模式中進(jìn)行選擇。

基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)仿真 基于網(wǎng)絡(luò)的接口可以讓開(kāi)發(fā)人員對(duì)那些連至標(biāo)準(zhǔn)IPv4網(wǎng)絡(luò)的FPGA硬件進(jìn)行協(xié)仿真。由于IPv4這種網(wǎng)絡(luò)幾乎無(wú)處不在，基于網(wǎng)絡(luò)的接口，為與連接至有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程FPGA開(kāi)發(fā)板建立通信提供了一條便捷的途徑。該接口在后臺(tái)管理著通信細(xì)節(jié)和錯(cuò)誤處理過(guò)程（在丟包后重新進(jìn)行傳送）。System Generator for DSP通過(guò)分析ML402板的IP地址來(lái)決定在協(xié)仿真過(guò)程中與哪個(gè)平臺(tái)進(jìn)行通信（圖3）。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)仿真 第二種以太網(wǎng)協(xié)仿真的模式則是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口，該接口使用原始的以太網(wǎng)幀，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層與ML402板建立高帶寬通信。與基于網(wǎng)絡(luò)的模式不同的是，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口側(cè)重于本地網(wǎng)段上的低層通信。協(xié)仿真的數(shù)據(jù)則通過(guò)連接ML402板和計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)UTP以太網(wǎng)電纜進(jìn)行傳送。這意味著，你的計(jì)算機(jī)必須具備一個(gè)空閑的以太網(wǎng)插口以建立連接。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口可以支持千兆位級(jí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如果該接口被配置為可以使用巨型幀，數(shù)據(jù)的傳送性能將大大提高。使用這種接口連接方式，你甚至可以對(duì)超帶寬應(yīng)用進(jìn)行協(xié)仿真。 器件配置 上述兩種以太網(wǎng)協(xié)仿真接口都支持一種新的器件配置方法，即利用Xilinx System ACETM解決方案支持給予以太網(wǎng)的配置。這種配置過(guò)程可以在相同的用于協(xié)仿真的以太網(wǎng)連接上進(jìn)行，因此消除了對(duì)二次編程電纜（如Xilinx Parallel Cable IV或者Platform Cable USB）的需求。ML402開(kāi)發(fā)板還搭載了一個(gè)Compact Flash卡，它包含一個(gè)特殊的啟動(dòng)加載程序映像，該映像在上電的時(shí)候會(huì)自動(dòng)下載至FPGA。該映像可以利用在仿真開(kāi)始時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)電纜傳輸?shù)男碌腇PGA協(xié)仿真的數(shù)據(jù)位流對(duì)FPGA進(jìn)行重新配置。整個(gè)配置過(guò)程都由System Generator for DSP以透明方式進(jìn)行操控。 設(shè)計(jì)示例 一個(gè)命名為conv5x5_video_ex的5