基于PCI總線的DSP數(shù)據(jù)運(yùn)算平臺(tái)設(shè)計(jì)
隨著DSP的性能不斷提高,其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。由于DSP的硬件結(jié)構(gòu)對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理特別適用,同時(shí),PCI總線的高帶寬,動(dòng)態(tài)配置,大的地址空間等諸多特點(diǎn),使得在PC上PCI總線完全取代ISA總線已經(jīng)是大勢(shì)所趨,目前新一代的主板上面已經(jīng)幾乎不提供ISA槽。為了科學(xué)研究以及實(shí)際應(yīng)用的需要,我們開(kāi)發(fā)了基于PCI總線的DSP數(shù)據(jù)運(yùn)算系統(tǒng),主機(jī)程序通過(guò)PCI總線與DSP交換數(shù)據(jù),可以提供高速實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。系統(tǒng)可以廣泛的應(yīng)用在語(yǔ)音處理,數(shù)字加密,圖像處理,多路數(shù)據(jù)流復(fù)用等實(shí)際應(yīng)用中。
基于PCI總線的DSP數(shù)據(jù)運(yùn)算平臺(tái)整個(gè)的運(yùn)作流程是這樣的:PC端運(yùn)行服務(wù)器程序,與DSP上運(yùn)行的客戶機(jī)程序通過(guò)PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,通信由程序中設(shè)計(jì)的信號(hào)燈或者硬件中斷。PC端的服務(wù)器程序通過(guò)PCI總線有訪問(wèn)整個(gè)DSP內(nèi)部的存儲(chǔ)器內(nèi)容的能力,將所需要運(yùn)算的數(shù)據(jù)送給DSP運(yùn)算,設(shè)置信號(hào)燈,當(dāng)DSP運(yùn)算完成后則取消信號(hào)燈或者中斷主機(jī),主機(jī)將運(yùn)算完的數(shù)據(jù)取回。所需要解決的問(wèn)題主要有：
* PCI接口芯片的選擇;
* PCI與DSP的接口設(shè)計(jì);
*DSP系統(tǒng)的自舉裝入（BootLoad）;
* 主機(jī)與DSP通信驅(qū)動(dòng)軟件的編制。
目前PCI接口卡的設(shè)計(jì)一般有兩種方法,第一種是基于將PCI接口完全集成到ASIC中,這樣做的好處是集成度高,量產(chǎn)的生產(chǎn)成本低,直接用成熟的IP核,但是對(duì)于普通的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的PCI控制器的IP的價(jià)格昂貴,難以接受。當(dāng)然也可以自己根據(jù)PCI協(xié)議在FPGA中實(shí)現(xiàn)PCI總線接口控制器,但是由于PCI總線協(xié)議自身的復(fù)雜性,要想在短期內(nèi)做到操作穩(wěn)定,難度很大。所以一般開(kāi)發(fā)PCI接口卡的時(shí)候都使用現(xiàn)成的PCI接口芯片。目前市場(chǎng)上面的PCI接口芯片有不同公司的多種型號(hào)產(chǎn)品,不同的產(chǎn)品價(jià)位相差很大,而且功能與使用的復(fù)雜性也有很大不同。我們?cè)谠O(shè)計(jì)前,要廣泛的調(diào)研,根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的PCI接口芯片來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng),就會(huì)事半功倍。
目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的有AMCC,PLX,CYPRESS等公司的橋芯片,各個(gè)型號(hào)的PCI接口芯片的比較如表1所示：
綜合項(xiàng)目需求,成本以及開(kāi)發(fā)難易等幾個(gè)問(wèn)題來(lái)考慮,選擇了PLX的9030芯片作為本設(shè)計(jì)的PCI運(yùn)算板的接口芯片。
TMS320VC5402是TI公司的5000平臺(tái)中力推的一款芯片,主頻可達(dá)100MHz,批量?jī)r(jià)格僅5美元,片上資源有40位ALU,17×17乘法器,4K×16位ROM,16K×16bitSARAM,8位擴(kuò)展主機(jī)接口(HPI）,6路DMA控制器,兩個(gè)多通道帶緩存串口(MCBSP）,兩個(gè)16位定時(shí)器。稱得上價(jià)格低廉,性能優(yōu)異,在嵌入式領(lǐng)域,無(wú)線設(shè)備,數(shù)字運(yùn)算等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
VC5402的引腳大多數(shù)有內(nèi)部的斯密特觸發(fā)器以及上拉電阻,對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)外部電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單,不用作特別的處理,但是中斷源輸入必須從外部接上拉電阻。
DSP與主機(jī)的數(shù)據(jù)交互是PCI運(yùn)算平臺(tái)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。主機(jī)可以通過(guò)VC5402的主機(jī)接口中的三個(gè)HPI寄存器訪問(wèn)DSP芯片內(nèi)16K的DRAM。三個(gè)HPI寄存器的具體定義如下：
