FPGA+DSP的高速通信接口设计与实现
FPGA与DSP的高速通信接口设计与实现
ＦＧ Ｐ Ａ与Ｄ 的高速 通信接 口设计 与 实现 ＳＰ
． ５． １
Ｆ Ｇ 与Ｄ Ｐ Ｐ Ａ Ｓ 的高速通信接口设计与实现
夏 克成 祁 玉芬
（ 中国兵器装 备集 团成都 火 控技术 中心 ， 四川成都 ６ ３ ） １７ １ １
【 摘要】 本文主要介绍了工程应用 中信号处理 系统 内部 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ和 Ｔｇｒ Ａ Ｓ ｉ Ｓ ￣Ｃ Ｄ Ｐ ｅＨ
可 悬空 不用 。Ｔ ２ １的链路 口共 ２ Ｓ０ ４根 引脚 ，接 收 和发送 各 １ 引脚 ．通过 Ｌ Ｄ ２根 Ｖ Ｓ形 式 的
数 据 线 （ｘ Ａ ／ ３． １和 时 钟 线 （ｘ Ｌ ／ Ｌ Ｄ Ｔ Ｐ Ｎ ｆ． ］ ｏ Ｌ Ｃ Ｋ Ｐ Ｎ）进 行 数 据 传 输 ，并 采 用 Ｌ Ａ Ｋ 和 ｘＣ
Ｇ Ａ与 Ｄ Ｐ之 间进 行 实时数 据通 信 。 Ｓ
２ Ｆ ＧＡ与 Ｄ Ｐ的链 路 口通 信 设 计 Ｐ Ｓ
２１ 链 路 口通信 协议 分析 ．
．
以 ＴｇｒＨ Ｒ ｉ Ｓ Ａ Ｃ系列 处理 器器 Ａ Ｓ Ｓ ０ ｅ Ｄ Ｐ Ｔ ２ Ｘ为 例 ．链 路 口通 信协议 采 用通用 规则 来定
者都 广 泛应用 于 复杂 的信 号处 理 领域 。ＴｇｒＨ Ｃ系列 Ｄ Ｐ芯 片与外 部进行 数 据通 信主 ｉｅＳ ＡＲ Ｓ 要有 两 种方 式 ：总 线方 式 和链 路 口方 式 。采 用链 路 Ｅ通 信 不但 能 有效 缓解 Ｄ Ｐ总线上 的 ｌ Ｓ
压力 ，而且 传输 速度 快 ，与 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ之 间 的连线 相对也 少得 多 ，故链 路 口方式 更适 合于 Ｆ ． Ｐ
点处 理 性 能优越 ．故基 于 这类 Ｄ Ｐ的 Ｄ Ｐ Ｆ Ｇ Ｓ Ｓ ＋ Ｐ Ａ处 理系 统正 广 泛应 用 于复 杂的 信号 处理
DSP与FPGA的并行通信方式设计与实现
于 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ 的 多 电 平 逆 变 器 驱 动 脉 冲 生 成 系统 设 计 提 供 了依 据 。
２ 总 体 结 构 设 计
线。对某 一一区域访 问时 ，将相应的地址送到地 址 线，该区域片选信号变为低 电平 ，对该区域 的访 问有 效。每个 ＸＩＮＴＦ区域 的读 写访 问时 序 都 可 以 分成 三 个 阶段 ，建 立 （Ｌｅａｄ）、 有 效
（Ａｃｔｉｖｅ）、 跟 踪 （Ｔｒａｉｌ） ， 每 个 阶 段 的 时 间 都 可 以 配置 ， 以满 足 不 同速 度 外 部 设 备 的 时 序 要 求 。对 ＸＺＣＳＯ区 域 进 行 写 操 作 时 ，ＸＺＣＳ０ 信 号 首 先 拉低 ，写选 通 信 号 ＸＷ Ｅ０随之 拉 低 ， 数 据 送 到 数 据 总 线 ＸＤ 上 ； 进 行 读 操 作 时 ， ＸＺＣＳ０信 号 首 先 拉 低 ，读 选 通 信 号 ＸＲＤ 随之 拉低，将数据从数据 总线 ＸＤ锁存到 ＤＳＰ中。 片选信 号 ＸＺＣＳＯ在读写访 问时序 的三个阶段 中均为低 电平，但读选通 信号 ＸＲＤ 与写选通 信号 ＸＷＥ０仅在有效 （Ａｃｔｉｖｅ）阶段时为低 电 平 。
级联 Ｈ桥 型多 电平逆变 电路在 高压大 功 率 变 流 及 交 流 传 动 系 统 中 有 十 分 广 泛 的 应 用 。 但 是 在 数 字 控 制 的 实 现 中 ， 单 片 ＤＳＰ芯 片 提 供 的 ＰＷ Ｍ 路 数 有 限 。 一 个 ＿一 相 七 电平 级 联 Ｈ桥 型逆变 电路就需要 ３６路 驱动脉冲 ，一片 ＤＳＰ上 ＰＷＭ 脉 冲 数 显 然 不 能 满 足 需 要 ， 而 多 片 ＤＳＰ并 行 工 作 又 要 考 虑 时 钟 同步 问 题 。 因 此 多 采 用 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ 系 统 生 成 多 路 驱 动 脉 冲，其 中 ＤＳＰ负 责采 样计 算并定 时发送 多路 脉 宽 数 据 到 ＦＰＧＡ，ＦＰＧＡ 产 生 多 路 三 角 载 波 并与脉 宽数据 实时 比较 生成 ＳＰＷＭ 波 。实现 该方法 首要 步骤是 解决 ＤＳＰ与 ＦＰＧＡ之 间并 行 通 信 的 问 题 。 选 用 合 适 的 ＤＳＰ与 ＦＰＧＡ 芯 片，构 建实 验平 台并设 计并 行通 信方 式，通 过 外 部 接 口 Ｘ１ＮＴＦ进 行 通 信 ，实 现 了 ＤＳＰ对 ＦＰＧＡ 内构 造 的 ＦＩＦＯ 中数据 的读写 ，并 为基
基于FPGA和DSP音频接口模块的设计与实现
２音频接 口模 块应用 实例
２１ 。 音频接 口模块的硬件总体设计 本音频接 口模块 的工 作流程是麦克风将人的 语音信号转化为模拟信号，经过音频芯片 ＡＣ ３ Ｉ２ Ｂ
量化转化成数字信号输入 ＤＳ 。 Ｆ Ｇ Ｐ 在 Ｐ Ａ的控制下 Ｄ Ｐ 完 成处 理 识 别后 ，输 出相 应 的音频信 号给 Ｓ ＦＧ Ｐ Ａ，Ｆ Ｇ 根 据 ＤＳ ＰＡ Ｐ输 入 的指 令产 生正确控制 命令返回给 Ａ Ｃ ３ ，再从 Ａ Ｃ ３ 的外接耳机中 Ｉ２Ｂ Ｉ２ Ｂ 收听到处理后的音频信号。整个音频接 口模块的硬 件总体框 图如图 １ 所示。
在本模块 中，音频处理芯片采用的是 Ｔ Ｉ公司 的 ＡＣ ３ ＡＣ ３ Ｉ２Ｂ， Ｉ２ Ｂ的模数转换（ Ｄ ） Ａ Ｃ和数模转换 （Ａ ） Ｄ Ｃ 部件高度集成在芯片内部，芯片采用 ８ｋ 采 样率，单声道模拟信号输入 ， 双声道输出。 Ｉ２ Ｂ ＡＣ ３ 具有可编程特性 ，内部有 １ 个 １ 位寄存器 ，编程 １ ６ 设置这些寄存器可得到所需的采样频率、输入输出 增益和传输数据格式等 。 Ｓ 可通过 Ｆ Ｇ ＤＰ Ｐ Ａ的控制 接 口来编 辑该器件 的控制 寄存器 ，而且能够编译
随着现代计算机技术、电子技术和通信技术的 飞速发展，音频处理技术的应用也越来越广泛，同 时现代系统对音频技术的要求也越来越高，音频处 理技术已被广泛的应用于很多领域 ， 如声纳系统对 目标信号的收听和语音识别 、数字录音机、随身听 （ Ｃ 播放器 、 ３ ．）等一 些数字 音频领 域 。 如 Ｄ ＭＰ … ． ・ 目前 各 大 芯 片 制 造 厂 商 都 相 继推 出采 用 先进 工 艺 生 产 的 高 性 能 和 多 功 能 的立 体 声 音频 专 用 芯 片，为广大的硬件工程师提供 了方便的选择。 ＤＳ Ｐ芯片，即数字信号处理器 ，是专门为快速 实现各种信号处理算法而设计 的、具有特殊结构的 微处理器 ，其处理速度 比最快的 Ｃ Ｕ 还快 １￣ ０ Ｐ ０ ５ 倍。现在 ，Ｆ Ｇ 已经能在一个很小的器件里进行 ＰＡ 百万 门级的编程，并且可现场编程。本文介绍的就 是一种基于 Ｄ Ｐ Ｐ Ａ的一种新型音频接 口 Ｓ 和Ｆ Ｇ 模块 合成系统的实现方法和应用。
基于DSP和FPGA的数据通信实现方案
嵌入式技术 电 子 测 量 技 术 EL ECTRON IC M EASU REM EN T TECHNOLO GY 第32卷第1期2009年1月 基于DSP和FPGA的数据通信实现方案朱 军 高清维 韩 璐(安徽大学电子科学与技术学院 安徽 230039)摘 要:在诸如无线视频传输等许多的系统设计中,越来越多的使用到了ARM+FP GA或DSP+FP GA的方案,由ARM或DSP做控制,而FP GA做复杂的算法处理,这样的分工可以使二者各尽其能,达到整个系统的性能最优值。
但如何协调控制器和FP GA,特别是如何进行两者之间的数据通信却是需要解决的问题。
本文以BF537系列DSP为例,介绍一种方法,使得BF537能够动态的配置FP GA,并能够正确简单的与FP GA进行数据通信。
经过实践证明该方法行之有效,并具有一定的通用性和灵活性。
关键词:DSP;BF537;FP GA;数据通信;动态配置中图分类号:TN431.2 文献标识码:ASolution of data communication based on DSP and FPGAZhu J un Gao Qingwei Han L u(The School of Electrical Science and Technology,Anhui University,Anhui230039)Abstract:Now in the design of many systems,such as wireless vedio transmission system,ARM+FP GA or DSP+ FP GA schemes are increasingly used.They adopt ARM or DSP to make control and FP GA to do complex algorithmic calculation,so that the optimum value of the entire system performance can be achieved utilizing the combination of thier functions.However a still existing problem to be solved is how to coordinate controller and FP GA,particularly how to carry out the communications between them.This paper takes BF537series DSP as example to introduce a method that can dynamically configure EP GA,and realize data communications with FP GA in correct and simple way.This method is proved to be effective through practice,and is universal and flexible in certain degree.K eyw ords:DSP;BF537;FP GA;data communication;dynamic configuration0 引 言随着移动通信和视频编码技术的发展,无线视频传输得到了越来越多的应用,传统的应用于有线领域的监控图传设备越来越显示出它的不足和缺陷。
基于Xilinx FPGA高速串行接口的设计与实现
高速串行技术发展现状
今天，多数计算机、嵌入式处理设备和通信设备仍然采用并行总线， 最流行总线形式包括PCI、VME及它们扩展。目前广泛使用的几种通 信标准都是基于并行总线标准。并行总线可分为两大类：系统同步并 行总线标准，主要包括PCI-X和Compact PCI；源同步并行总线标准， 包括RapidIO、HyperTransport等其他类似标准。但随着芯片性能的 增加，以及更大带宽需求，这些多路并行总线结构遇到了令系统设计 者头疼限制。并行接口限制有：码间干扰、信号偏移、串音干扰和直 流偏置等问题，这些因素严重地影响了并行接口频率的提高和传输距 离的增长。为了解决并行接口在数据传输时所面临的极限问题，国内 外都将更多的研究焦点放在高速串行接口电路上。
DSP部分的注意事项
软件初始化则是通过改变接收控制寄存器LRCTLx中的对应位来实现功能的。下面，就 对这些位的功能进行一个介绍： 如果 REN=1，则链路口的接收部分使能，但链路口强制初始化被禁止。 如果 REN =0， RINIF=0，则链路口的接收部分和链路口强制初始化都被禁止。 如果REN=0，RINIF=1，而RINIV =0，则链路口的接收部分被禁止，而链路口初始化 被强制置为0。这种置位就相当于利用LxBCMPI进行初始化时，LxBCMPI=0。 如果REN=0，RINIF =l，而RINIV= l，则链路口的接收部分被禁止，而链路口初始化被 强制置为1。这种置位就相当于利用LxBCMPI进行初始化时，LxBCMPI=l。 因此，要实现软件初始化，处理器应该实现如下操作： l、首先写REN=0，RINIF=1，RINIV=1，初始化链路口的接收部分 2、再写REN=1，链路口接收使能 以上操作步骤，在Visual DSP++软件中对应的程序为： yr0=0xDO;; LRCTL0=yr0;; yr0=0x11;; LRCTL0=yr0;;
基于FPGA+DSP架构的高速通信接口设计与实现
基于FPGA+DSP架构的高速通信接口设计与实现于半导体器件的开通、关断及导通损耗.从电路拓扑方式上来讲,采用零开关变换拓扑方式产生谐振使电路中的电压或电流在过零时开通或关断可最大限度地减少开关损耗但也无法彻底消除开关管的损耗故利用散热器是常用及主要的方法.3.1 散热器的热阻模型由于散热器是开关电源的重要部件,它的散热效率高与低关系到开关电源的工作性能.散热器通常采用铜或铝,虽然铜的热导率比铝高2 倍但其价格比铝高得多,故目前采用铝材料的情况较为普遍.通常来讲,散热器的表面积越大散热效果越好.散热器的热阻模型及等效电路如上图所示半导体结温公式如下式如示：pcmax(ta)= (tjmax-ta)/θj-a(w)-----------------------(1) pcmax(tc)= (tjmax- tc)/θj-c(w)-----------------------(2)pc: 功率管工作时损耗pc(max): 功率管的额定最大损耗tj: 功率管节温tjmax: 功率管最大容许节温ta: 环境温度tc: 预定的工作环境温度θs: 绝缘垫热阻抗θc: 接触热阻抗(半导体和散热器的接触部分) θf: 散热器的热阻抗(散热器与空气) θi: 内部热阻抗(pn 结接合部与外壳封装) θb: 外部热阻抗(外壳封装与空气)根据图2 热阻等效回路, 全热阻可写为:θj-a=θi+[θb*(θs+θc+θf)]/(θb+θs+θc+θf)----------------(3)又因为θb比θs+θc+θf大很多,故可近似为θj-a=θi+θs+θc+θf---------------------(4)①pn 结与外部封装间的热阻抗(又叫内部热阻抗) θi是由半导体pn 结构造、所用材料、外部封装内的填充物直接相关.每种半导体都有自身固有的热阻抗.。
基于FPGA的高速数据传输接口设计与实现
基于FPGA的高速数据传输接口设计与实现摘要：随着信息技术的不断发展，高速数据传输接口的设计和实现变得越来越重要。
本文基于现场可编程门阵列（FPGA）技术，设计并实现了一种高速数据传输接口。
通过对FPGA的编程，我们能够实现灵活、可定制的接口，满足不同应用场景的需求。
本文详细介绍了接口设计的原理、方法和实现过程，并进行了性能测试和评估。
实验结果表明，该高速数据传输接口具有良好的性能和稳定性，能够满足高速数据传输的要求。
关键词：FPGA，高速数据传输接口，灵活性，性能测试1. 引言随着现代科技的快速发展，数据传输速度的需求不断提高。
为了满足这一需求，研究人员提出了各种高速数据传输接口的设计方案。
然而，由于传统硬件的限制，这些接口往往无法满足实际应用的要求。
因此，本文采用了FPGA技术，设计并实现了一种高速数据传输接口，以提升数据传输速度和灵活性。
2. 接口设计原理本文采用了基于FPGA的设计方法，通过对FPGA的编程，实现了高速数据传输接口的设计。
FPGA具有可编程性和并行处理能力，可以根据应用需求进行灵活定制。
通过将数据传输接口的相关功能逻辑实现在FPGA中，可以大大提高传输速度和稳定性。
3. 接口设计方法本文采用了一种基于时钟同步的数据传输方法。
通过将数据传输分为发送端和接收端两个模块，利用时钟信号进行同步，确保数据的准确传输。
发送端将需要传输的数据编码成数字信号，通过FPGA的输出引脚进行传输；接收端通过FPGA的输入引脚接收数字信号，并解码还原成原始数据。
4. 接口实现过程本文采用Verilog HDL语言进行FPGA的编程。
首先，根据接口设计原理和方法，编写发送端和接收端的功能模块；然后，通过逻辑综合、布局布线和时序分析等步骤，生成FPGA的比特流文件；最后，将比特流文件下载到FPGA芯片中，完成接口的实现。
5. 性能测试与评估为了评估所设计的高速数据传输接口的性能，我们进行了一系列的性能测试。
FPGA与DSP的高速通信接口设计与实现(精)
集成电路应用ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓＦＰＧＡ与ＤＳＰ的高速通信接口设计与实现金鹏，邓欣，宋万杰，吴顺君（西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安７１００７１）摘要：对ＡＤＩ公司ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣ系列的两种典型ＤＳＰ芯片ＴＳ１０１［１］和ＴＳ２０１［２］的链路口性能进行了分析和比较，并给出了ＦＰＧＡ与这两种ＤＳＰ芯片通过链路口进行双工通信的设计，为ＦＰＧＡ＋ＤＳＰ实时处理系统的内部数据通信提供了更加稳定和完善的通道。
关键词：ＴＳ１０１ＴＳ２０１实时处理系统链路口通信在雷达信号处理、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。
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。
１ＴＳ１０１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的链路口采用了低抗噪声性能更好。
表１压差分信号ＬＶＤＳ技术，功耗更低、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。
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，多序号项目结构片内结构数据传输数据形式速率表１ＴＳ１０１与ＴＳ２０１链路口性能对照表ＴＳ１０１４个双向复用的链路口每个链路口可以通过内部三条总线分别映射到存储区Ｍ０／Ｍ１／Ｍ２ＴＳ２０１４个完全双向的链路口通过ＳｏＣＢＵＳ接到片内ＳｏＣ接口，映射到存储区１２３４５６ＤＳＰ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。
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FPGA+DSP的高速通信接口设计与实现
摘要：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，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。
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。
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。