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，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理，具有較強的靈活性與或擴展性，在數(shù)據(jù)處理與信號處理中的應用前景非常廣闊。本文主要對FPGA信號處理設(shè)計的要點及實現(xiàn)方法進行簡單分析。

關(guān)鍵詞：FPGA 信號處理 設(shè)計 實現(xiàn)

中圖分類號：TN96 文獻標識碼：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，增加的費用，存在一定的風險問題。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)邏輯實現(xiàn)不同電路的功能，而且FPGA具有強大的開發(fā)功能，逐步成為復雜數(shù)字硬件電路設(shè)計中的理想選擇。

1 硬件總體設(shè)計

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

2 EDK模塊設(shè)計

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

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位信號由復位模塊控制；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機串口之間通過異步收發(fā)機（URAT）連接，實現(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橋的應用方式包含兩種：主橋與從橋方式。作為主橋時，PCI橋?qū)CI總線完全控制，系統(tǒng)作為主機直接連接到PCI總線，開始對PCI設(shè)備進行初始化配置。而作為從橋時，系統(tǒng)通電后，主機對PCI總線及設(shè)備進行掃描，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，PCI橋作為一個設(shè)備與總線連接，主機分配器三個緩沖區(qū)，通過緩沖區(qū)實現(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進行訪問，反之同樣。

3 光纖通信模塊設(shè)計

通過對FPGA器件內(nèi)嵌入RocketIO實現(xiàn)光纖通信，RocketIO是一種成熟的高速串行收發(fā)器，具有時鐘數(shù)據(jù)恢復功能，每一個RocketIO支持多個信道數(shù)據(jù)傳輸速率，還可以利用通道綁定功能，進行更高速率的傳輸。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，實現(xiàn)Aurora IP核，該核內(nèi)嵌RocketIO模塊，在其內(nèi)部實現(xiàn)了Aurora協(xié)議，提供靈活的用戶接口。在對該IP核進行使用的時候，用戶可以將復雜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為簡單用戶接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。Aurora IP核包含NFC流控制、LocalLink接口、時鐘輸入、時鐘修正、UFC流控制、狀態(tài)控制、RocketIO收發(fā)器等基本構(gòu)造。其中，LocalLink接口實現(xiàn)了幀方式與流方式傳輸；時鐘輸入與修正為該核提供必需的時鐘及修正功能，防止時鐘誤差造成傳輸錯誤；NFC流控制實現(xiàn)鏈路層傳輸?shù)牧骺刂疲粻顟B(tài)信息是對該核的工作狀態(tài)進行顯示，控制信息能夠?qū)υ摵诉M行控制。

兩個存儲器主要滿足數(shù)據(jù)的存儲要求，實現(xiàn)對收發(fā)數(shù)據(jù)的讀寫。狀態(tài)機是對兩個存儲器之間狀態(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)進行封裝為數(shù)據(jù)包以后通過RocketIO發(fā)送出去。兩臺主機進行通信時，包含接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)這兩個過程，數(shù)據(jù)傳輸時，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核實現(xiàn)光纖通信信號處理的設(shè)計方法，并通過對EDK集成開發(fā)工具的應用，以及FPGA內(nèi)嵌PC機的方式，生成整個系統(tǒng)，由于芯片具有可編程的特點，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)計要求，來選擇不同的軟件及硬件實現(xiàn)方案，表明了系統(tǒng)的具有較高的靈活性，在實踐應用中，是一種處理信號快速、使用的方法。

參考文獻

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