PCI9656实现与CPCI总线通信的雷达信号处理板

　　本文在详细阐述处理板的整体结构和DSP与PCI9656的接口电路设计原理的基础上，提出一种ADSP—TS201基于桥芯片PCI9656实现与CPCI总线通信的雷达信号处理板的设计方案，实现RocketIO到DSP数据的高速传输，它克服了传统雷达信号处理板通用性差的缺点。

　　引 言

　　随着科学技术的发展，传统的雷达信号处理系统由于专用性强，兼容性差，影响了系统的通用性和其扩展能力，不能满足现代雷达实时高速的信号处理需求。该设计针对传统雷达信号处理系统通用性和扩展能力差提出一种ADSP—TS201基于PCI9656桥芯片实现与CPCI总线通信的高速、通用性强的信号处理系统，并介绍一种DSP与PCI9656的接口电路设计。

　　1 器件介绍

　　1.1 ADSP—TS201

　　ADSP—TS201是ADI公司TigerSHARC系列中集成了定点和浮点计算功能的高速DSP。ADSP—TS201内部4条相互独立的128位宽度的内部数据总线，每条连接6个2 Mb内部存储区块中的一个，提供各自数据、指令集I/O访问和28 GB/s的内部存储器宽带;处理器内核最高可工作在600 MHz，单周期能执行4条指令，每秒能进行3.4亿次乘累加和2.8亿次浮点操作，是面向通信和视频领域的高端DSP。ADSP—TS201有14通道的DMA控制器;4个链路口可用于与其他DSP进行无缝联接，实现高速度高数据吞吐率。链路口可以4位并行方式传输，也可以编码为1位传输方式。通常以4位并行方式传输，当处理器核工作在500 MHz时，链路口也可工作在500 MHz，每个链路口的双向数据吞吐率可达1 000 MB/s，4个链路口合起来数据吞吐率可达4 GB/s;集成SDRAM控制器最大支持256 M×32 b的内存容量，方便与外部SDRAM连接。ADSP—TS201适合对大数据量数据处理实时性要求高的应用领域。TigerSHARC系列的DSP接口丰富，外部设备接口包括SDRAM控制器、EPRoM接口、主机接口、多处理器接口;其引导程序的加载方法也非常灵活，可根据实际系统设计的需要灵活选用。

　　1.2 PCI9656

　　PCI9656是PLX公司推出的与PCI9054相兼容的、能提供混合高性能PCI总线的接口控制芯片，采用了业界领先的数据流水线架构技术，符合PCI V2.2规范。PCI9656的工作状态包括以下两个方面：工作方式和局部总线操作模式。PCI9656的工作方式包括直接主模式、直接从模式和DMA模式，它的局部总线操作模式有M模式、C模式和J模式。它具有64位数据线66 MHz时钟的PCI总线接口和32位数据总线66 MHz时钟的Loeal端接口;配有的DMA引擎可实现数据的高速传输;具有PCI优先判决器，支持7个外部主控制器;可以通过消息管理I/O，提供两种方式选择，一是通过邮箱寄存器和门铃寄存器;二是通过所提供的I2O接口。它有64 b/66 MHz PCI性能，符合PCIV2.2规范，采用数据。设计者可以将芯片32 b，66 MHz局部总线与各类高速设备，如DSP、存储器、自定义ASIC和FPGA连接，通过PCI9656数据流水架构使其局部端连接设备具有64 b/66 MHz的PCII/O性能。

　　2 系统工作原理

　　信号处理板上DSP的工作与主机相对独立，主机通过CPCI总线给信号处理板传送加载程序和一些控制信息，并监控信号处理板。采集数据通过4路全双工Rocket_IO口发送给信号处理板。系统的整体结构如图1所示。

　　

 

　　2.1 DSP的电路设计

　　信号处理板中DSP对来自板外的采样数据进行数据整理、相参积累和脉冲压缩。4片DSP之间采用链路口方式实现点对点的通信。DSP采用主机与EPROM方式引导和加载程序，先通过FLASH将加载程序导入DSPl，然后用主机引导方式将传入DSP1内的加载程序依次传输给其他3片DSP。由于DSP有专用的SDRAM寻址空间和外围接口，DSP与SDRAM之间能实现无缝连接。该设计中每片DSP外挂1片256 Mb的SDRAM，保证了DSP足够的存储空间。

　　2.2 PCI9656与DSP连接设计

　　由于PCI9656与DSP接口不兼容，所以用逻辑转换器件FPGAl实现它们之间的连接。FPGAl中设计有一个能与ADSP—TS201S直接通信的主机接口模块，将ADSP-TS201S主机接口与FPGAl内的主机接口直接相连。PCI9656通过FPGAl内主机接口间接访问ADSP—TS201S。FPGAl中设计16 K×32 b的双口RAM，用于缓存PCI9656与DSP之间读写数据。FPGAl一端与4片DSP相连，另一端与PCI9656局部端相连。当出现多个DSP同时请求与PCI9656通信时，FPGAl内DSP开关选择模块对其进行仲裁。PCI9656根据主机的要求可以访问任意一片DSP。PCI9656对信号处理板上4片SDRAM的访问有2种方式。第一，通过DSP来间接的访问SDRAM，DSP先将SDRAM中数据读到其内部存储区，然后PCI9656通过访问DSP访问SDRAM;第二，在FPGAl内设计SDRAM控制器，通过FPGAl内控制器直接访问SDRAM。

　　2.3 PCI9656与CPCI总线连接设计

　　设计中信号处理板是6U规格，可与J1至J5五个连接头相连。J1是32位PCI总线，J2用于64位PCI总线或用户自定义I/O口;J3，J4和J5是用户自定义I/O口。为了保证信号处理板的通用性和可扩展性，J1与J2连接头作为64位数据宽度的CPCI总线。PCI9656一端与FPGAl相连另一端分别与儿和J2连接头相连。需要注意的是PCI9656与CPCI连接的引脚必须插入10 Ω的匹配电阻，以降低对背板的干扰。

　　2.4 Rocket_IO与DSP的连接设计

　　信号处理板通过全双工Rocket_IO口接收板外的采集数据，数据吞吐率可达1.25 Gb/s。FPGA2实现Rocket_IO与DSP的LinkPort之间的接口转换，其一端连接4路Rocket_IO口相连另一端连接每片DSP的1路LinkPort，即4路链路口。

　　DSP的每路链路口数据吞吐率可达，1 GB/s。FPGA2对.Rocket_IO口送入的数据整理后，利用链路口传输给相应的DSP。任意一路LinkPort能与任意一路的Rocket_IO口通信，当多路LinkPort争用一路Rocket_IO口或多路Rocket_IO口争用一路LinkPort时，FPGA2内的总线开关模块实现它们之间的仲裁。设计中信号处理板可以选用任意用户自定义IO口作为Rocket_IO通道。

　　3 PCI9656与DSP的接口设计

　　PCI9656的局部端采用C模式，32位数据和32位地址线。PCI9656配置为直接从模式，即只有主机可以通过PCI9656申请局部端总线控制权访问DSP。4片DSP与FPGAl连接方式相同，这里只给出1片DSP与PCI9656之间的接1：3逻辑转换。DSP和PCI9656的连接如图2所示。

　　

 

　　PCI9656对DSP的访问通过FPGAl间接实现，FPGAl内设计有实现逻辑转换的主机接口模块、用于数据缓存的双口RAM模块和DSP开关选择模块。

　　3.1 PCI9656读DSP

　　(1)PCI9656使LHOLD变高申请局部总线控制权;FPGA检测到后，立即使LHOLDA变高，告知PCI9656局部总线申请成功。PCI9656使ADS和一LW/R变低，然后发送主机地址;FPGAl依据高位地址译码生成DSP片选信号，根据LW/R将主机接口配置为读方式，同时使PCI9656的READY信号无效。

　　(2)FPGAl向相应的DSP发HBR和RD申请总线控制权并请求读数据;DSP检测到HBR后返回HBG和ACK。FPGAl检测ACK到信号后，接收数据并缓存至双口RAM。当数据传输完毕时DSP使RD和ACK无效，撤销HBG，FPGAl接着撤销HBR。

　　(3)FPGAl使READY有效，PCI9656检测到该信号后，开始读取双口RAM中的数据。数据传输完毕后FPGAl使READY无效并收回LHOLDA，PCI9656接着撤消LHOLD，此次读操作结束。

　　3.2 PCI9656写DSP

　　(1)PCI9656使LHOLD变高申请局部总线控制权;FPGA检测到后，立即回应使LHOLDA变高告知PCI9656局部总线申请成功。PCI9656使ADS变低、LW/R变高，然后发送主机地址;FPGAl根据高位地址译码生成DSP片选信号，根据LW/R将主机接口配置为写方式，同时使能PCI9656的READY。

　　(2)PCI9656检测到READY后，将数据写入双口RAM。数据传输完毕后PCI9656使READY无效，收回LHOLD;FPGAl接着撤消LHOLDA。

　　(3)FPGAl向相应的DSP发出HBR和WRL申请总线控制权并请求对DSP写数据操作，DSP检测到信号返回HBG和ACK。FPGAl检测到ACK信号后，开始将双口RAM中的数据发送给DSP。数据传输完毕后FPGA使WRL无效，撤销HBR;DSP接着撤销HBG和ACK。此次写操作完成。

　　4 结 语

　　提出的基于CPCI总线的高速通用雷达信号处理板设计，继承了CPCI总线可靠、可扩展、通用性强的特点。PCI9656桥芯片和FPGAl逻辑转换芯片实现板外主机对DSP的访问。通过FPGA2将Rocket_IO口与DSP的LinkPort口互联实现数据的高速传输。