林芳媛

摘 要：介紹了一種FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）平臺上的通信信號處理方法，該方法具有快捷、簡單、可靠的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理，具有較強(qiáng)的靈活性與或擴(kuò)展性，在數(shù)據(jù)處理與信號處理中的應(yīng)用前景非常廣闊。本文主要對FPGA信號處理設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行簡單分析。

關(guān)鍵詞：FPGA 信號處理 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)

中圖分類號：TN96 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0061-01

一般通信信號處理中，通過各種算法來實(shí)現(xiàn)，包含可編程信號處理器或?qū)Ｓ肈SP芯片等，但是這些處理方法的處理速度相對比較慢，而且需要很多輔助器件來支持。而完全符合要求的芯片需要專門定制，增加的費(fèi)用，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)問題。而采用FPGA能夠?qū)@些問題有效的解決，在不改變外圍電路的情況下，通過內(nèi)邏輯實(shí)現(xiàn)不同電路的功能，而且FPGA具有強(qiáng)大的開發(fā)功能，逐步成為復(fù)雜數(shù)字硬件電路設(shè)計(jì)中的理想選擇。

1 硬件總體設(shè)計(jì)

通信卡一般采用的是32位PCI接口，在3.3 V信號環(huán)境下與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而通信卡之間采用光纖通信，速率能夠達(dá)到1.25 Gbit/s。通信卡包含SFP光收發(fā)模塊、FPGA、電源模塊、時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、CPCI接口及ISP配置PROM等。

2 EDK模塊設(shè)計(jì)

在Virtex-II Pro器件內(nèi)部構(gòu)建處理器硬核為中心的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，然后在FPGA內(nèi)部進(jìn)行總線架構(gòu)、地址譯碼、數(shù)據(jù)存儲、外設(shè)接口等，每一個(gè)部件都以IP核形式進(jìn)行連接。

JTAG調(diào)試接口在FPGA內(nèi)部連接JTAG鏈與處理器核，F(xiàn)PGA內(nèi)各模塊的輸入輸出及復(fù)位信號由復(fù)位模塊控制；通過OPB總線和PLB總線，處理器與外設(shè)IP核連接，OPB-PLB橋?qū)PB總線和PLB總線連接在一起，實(shí)現(xiàn)二者之間的通信；為了將用戶的程序存儲起來，系統(tǒng)采用PLB總線塊RAM，PC機(jī)串口之間通過異步收發(fā)機(jī)（URAT）連接，實(shí)現(xiàn)串口之間的通信，除此以外，通信數(shù)據(jù)還存儲于兩個(gè)OPB總線塊BRAM中，其中光纖通信模塊接收的數(shù)據(jù)存儲于接收存儲器中，而光纖通信模塊待發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲于發(fā)送存儲器中，兩個(gè)RAM都采用雙接口RAM模塊，一端與串行通信模塊連接，一端與OPB總線連接，兩塊RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)可以通過PCI-OPB橋直接訪問。

PCI-OPB橋的應(yīng)用方式包含兩種：主橋與從橋方式。作為主橋時(shí)，PCI橋?qū)CI總線完全控制，系統(tǒng)作為主機(jī)直接連接到PCI總線，開始對PCI設(shè)備進(jìn)行初始化配置。而作為從橋時(shí)，系統(tǒng)通電后，主機(jī)對PCI總線及設(shè)備進(jìn)行掃描，然后配置PCI-OPB橋寄存器，完成初始化配置。PCI-OPB橋的操作方式可以通過修改參數(shù)來改變。OPB總線地址與PCI總線地址之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，PCI橋作為一個(gè)設(shè)備與總線連接，主機(jī)分配器三個(gè)緩沖區(qū)，通過緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)對PCI設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。在PCI-OPB橋上設(shè)置地質(zhì)變換寄存器，一個(gè)PCI地址傳輸過來以后，低位地址比便，高位地址被寄存器內(nèi)地址替換，形成OPB總線側(cè)地址，最終對OPB總線上的RAM進(jìn)行訪問，反之同樣。

3 光纖通信模塊設(shè)計(jì)

通過對FPGA器件內(nèi)嵌入RocketIO實(shí)現(xiàn)光纖通信，RocketIO是一種成熟的高速串行收發(fā)器，具有時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，每一個(gè)RocketIO支持多個(gè)信道數(shù)據(jù)傳輸速率，還可以利用通道綁定功能，進(jìn)行更高速率的傳輸。RocketIO模塊包含物理介質(zhì)接入層、物理編碼子層，集成了串化器、解串器等功能，還具有可編程能力。

基于Aurora協(xié)議及高速串行接口IP核，實(shí)現(xiàn)Aurora IP核，該核內(nèi)嵌RocketIO模塊，在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了Aurora協(xié)議，提供靈活的用戶接口。在對該IP核進(jìn)行使用的時(shí)候，用戶可以將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為簡單用戶接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。Aurora IP核包含NFC流控制、LocalLink接口、時(shí)鐘輸入、時(shí)鐘修正、UFC流控制、狀態(tài)控制、RocketIO收發(fā)器等基本構(gòu)造。其中，LocalLink接口實(shí)現(xiàn)了幀方式與流方式傳輸；時(shí)鐘輸入與修正為該核提供必需的時(shí)鐘及修正功能，防止時(shí)鐘誤差造成傳輸錯(cuò)誤；NFC流控制實(shí)現(xiàn)鏈路層傳輸?shù)牧骺刂?；狀態(tài)信息是對該核的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示，控制信息能夠?qū)υ摵诉M(jìn)行控制。

兩個(gè)存儲器主要滿足數(shù)據(jù)的存儲要求，實(shí)現(xiàn)對收發(fā)數(shù)據(jù)的讀寫。狀態(tài)機(jī)是對兩個(gè)存儲器之間狀態(tài)轉(zhuǎn)換的設(shè)備，其轉(zhuǎn)換過程如圖1所示。Aurora核的主要功能是對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝為數(shù)據(jù)包以后通過RocketIO發(fā)送出去。兩臺主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，包含接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)這兩個(gè)過程，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，接收與發(fā)送存儲器具有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的功能。

4 結(jié)語

文章主要針對FPGA內(nèi)部嵌入RocketIO與Aurora核實(shí)現(xiàn)光纖通信信號處理的設(shè)計(jì)方法，并通過對EDK集成開發(fā)工具的應(yīng)用，以及FPGA內(nèi)嵌PC機(jī)的方式，生成整個(gè)系統(tǒng)，由于芯片具有可編程的特點(diǎn)，在以后的開發(fā)過程中，可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理過程中，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，來選擇不同的軟件及硬件實(shí)現(xiàn)方案，表明了系統(tǒng)的具有較高的靈活性，在實(shí)踐應(yīng)用中，是一種處理信號快速、使用的方法。

參考文獻(xiàn)

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