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基于FPGA+DSP架构的高速通信接口设计与实现

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  在雷达信号处理、数字图像处理等领域中,信号处理的实时性至关重要。由于fpga芯片在大数据量的底层算法处理上的优势及dsp芯片在复杂算法处理上的优势,dsp+fpga的实时信号处理系统的应用越来越广泛。adi公司的tigersharc系列dsp芯片浮点处理性能优越,故基于这类。dsp的dsp+fpga处理系统正广泛应用于复杂的信号处理领域。同时在这类实时处理系统中,fpga与dsp芯片之间数据的实时通信至关重要。

  tigersharc系列dsp芯片与外部进行数据通信主要有两种方式:总线方式和链路口方式。链路口方式更适合于fpga与dsp之间的实时通信。随着实时信号处理运算量的日益增加,多dsp并行处理的方式被普遍采用,它们共享总线以互相映射存储空间,如果再与fpga通过总线连接,势必导致fpga与dsp的总线竞争。同时采用总线方式与fpga通信,dsp的地址、数据线引脚很多,占用fpga的i/o引脚资源太多。而采用链路口通信不但能有效缓解dsp总线上的压力,而且传输速度快,与fpga之间的连线相对也少得多,故链路口方式更适合于fpga与dsp之间进行实时数据通信。

  参 考文献[3]给出ts201与ts101的性能比较,但没有针对两者的链路口进行详细介绍,本文对两者的链路口进行了细致的分析和比较。文献[4]所设计的采集系统中,dsp与fga的通信仅限于fpga发、ts101收的单工通信;文献[5]给出了fpga内部没计ts101链路口的框图,但只给出了简单的介绍,无法给设计者以参考。本文采用altera公司cyclone系列芯片ep1c12实现了与ts101/ts201两种芯片的链路口的双工通信,并给出了具体的设计实现方法。其中ts101的设计已经成功应用于某信号处理机中。

  1 ts101和ts201的链路口分析与比较

  ts101和ts210都是高性能的浮点处理芯片,目前两者都广泛应用于复杂的信号处理领域。ts201是继ts101之后推出的新型芯片,核时钟最高可达600mhz,其各类性能也相对优于ts101,而且ts201的链路口采用了低压差分信号lvds技术,功耗更低、抗噪声性能更好。表1列出了两种芯片链路口性能的详细比较,其中ts101核时钟工作在250mhz,ts201核时钟工作在500mhz。

  限于篇幅,ts101、ts201的链路口结构请参阅参考文献[1][2]。由于ts101收发端共用一个通道,所以只能实现半双工通信。而ts201将收发端做成两个独立通道,可实现全双工通信,理论上数据的传输速率可以提高一倍。虽然ts201的链路口收发通道独立,但实际上二者的收发机制大体相同,都是靠收发缓存和移位寄存器收发数据。然而fpga内部的链路口设计不必拘泥于此,只要符合链路口通信协议并达成通信即可。

  2 fpga与dsp的链路口通信

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