基于FPGA通过link口加载TigerSHARC信号处理系统的设计.doc
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1、基于FPGA通过link口加载TigerSHARC信号处理系统的设计TigerSHARC系列处理器是ADI公司推出的高性能数字信号处理器,包含ADSP TS101、ADSP TS201、ADSP TS202、ADSP TS203。TigerSHARC系列处理器的link 口为处理器提供了快速、独立的通信机制。link口的特点是点对点通信、协议比较简单、数据率较高,因而可以通过link口实现多片处理器构成处理器系统。TS101的link口和TS20X系列处理器的link口有所不同。TS101的link口采用8位双向数据线和三根控制线构成,采用TS101 link协议可实现双工通信;而TS20X系
2、列处理器的link口采用LVDS技术(4 bit收、4 bit发),实现全双工通信。尽管TS101的link口和TS20X的link口在物理和协议方面都不一样,但在应用上都可以实现数据的通信以及处理器的加载功能。1 信号处理系统结构典型的采用TigerSHARC处理器的信号处理板连接方式为:板(簇)内采用CLUSTER总线实现处理器连接,板间采用link口实现处理器连接。采用FPGA实现与TigerSHARC处理器link口的连接可提高信号处理系统与其他系统连接的灵活性。FPGA通过link口与信号处理系统连接,简化了信号处理板卡的设计;同时由于FPGA灵活性及丰富的接口资源,可以很方便实现与
3、其他系统的连接。采用FPGA加载信号处理系统,只需修改与FPGA连接的Flash中的程序就可以实现配置信号处理器系统中各处理器的程序。在加载完后,FPGA还可以作为信号处理系统的接口板,使系统设计更加简单、高效。本文介绍一种基于FPGA通过link口加载由TS101构成的信号处理系统的方法。FPGA加载板和TigerSHARC信号处理系统连接关系如图1所示。加载板采用EP2S60芯片作为处理器,外接128 MB Flash和36 MB SRAM。Flash用于存储处理器的加载程序,SRAM作为缓存。FPGA的4个link分别与TigerSHARC信号处理板上4个DSP的link0相连,信号处理
4、板上4个DSP的link2分别与下一个信号处理器的4个DSP的link0相连。采用这种方法连接多块信号处理板构成一个信号处理系统。TigerSHARC处理器每个link口都可以作为加载的端口,只需在Kernel程序中将LINK号改成对应的link口。2 加载文件结构TigerSHARC处理器link口加载文件结构如图2所示。加载文件由加载核、若干Zero init或Non-zero init加载数据块及Final init数据块构成。加载核没有数据块头信息,Zero init 和Non-zero init数据块头都有1个标签字和1个目的地址,Final init数据块只有1个标签字。标签字各数
5、据位的意义如图3所示。由于link口的连接特点,link加载核不支持多处理器加载,因而link加载方式中不使用ID。标签字的TYPE和COUNT指示了该块数据的类型和长度。TigerSHARC加载文件以32 bit word为单位构成(本文的word即指32 bit word)。3 加载状态机的设计与实现由于Flash的读写周期较长,设计中采用系统时钟16分频作为FPGA中Flash控制器的时钟。直接从Flash中读取数据无法保证DSP加载核(BOOT Loader Kernel)对程序数据的数据率要求,因而在设计中先将Flash中的数据转存到与FPGA相连的SRAM中。SRAM读出数据为32
6、 bit,读写SRAM的数据率可以大大超过link口的吞吐率。FPGA中开辟2块RAM作为乒、乓RAM缓存从SRAM中读取数据,以保证FPGA发送link的数据保持在就绪状态,DSP加载核在任何时候取数,FPGA link都能提供有效数据。FPGA发送到link模块的信号为TxWrite、TxData、TxBP。加载状态机根据TxBP信号来判断link口缓冲当前状态是忙还是空闲,只要为空闲状态就往link缓冲中写数据,从而保证了DSP加载核总能获取有效数据。3.1 加载状态机的设计FPGA中加载有限状态机状态转换示意图如图4所示。状态说明:S0:BootLoader Kernel State;
7、S1:数据块类型判断;S2:Non-zer init State;S3:Zero init State;S4:Final init State;S5:结束。当需要加载时复位加载状态机,在复位时设置计数器值。复位后,状态机就进入了S0状态。S0状态为发送DSP Boot Loader Kernel给需要加载的DSP,长度为256 words。在该状态下,link口需要发送DSP Boot Loader Kernel给需要加载的DSP,数据发送完后(数据块计数器count_packet为0),状态转入S1。S1状态为上一数据块结束,下一数据块将要开始发送的一个中间过渡状态。在该状态下判断下一数据块
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