FPGA+DSP的高速通信接口设计与实现

Ｏ八 一科技
ＦＧ Ｐ Ａ与Ｄ 的高速 通信接 口设计 与 实现 ＳＰ
． ５． １
Ｆ Ｇ 与Ｄ Ｐ Ｐ Ａ Ｓ 的高速通信接口设计与实现
夏 克成 祁 玉芬
（ 中国兵器装 备集 团成都 火 控技术 中心 ， 四川成都 ６ ３ ） １７ １ １
【 摘要】 本文主要介绍了工程应用 中信号处理 系统 内部 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ和 Ｔｇｒ Ａ Ｓ ｉ Ｓ ￣Ｃ Ｄ Ｐ ｅＨ
可 悬空 不用 。Ｔ ２ １的链路 口共 ２ Ｓ０ ４根 引脚 ，接 收 和发送 各 １ 引脚 ．通过 Ｌ Ｄ ２根 Ｖ Ｓ形 式 的
数 据 线 （ｘ Ａ ／ ３． １和 时 钟 线 （ｘ Ｌ ／ Ｌ Ｄ Ｔ Ｐ Ｎ ｆ． ］ ｏ Ｌ Ｃ Ｋ Ｐ Ｎ）进 行 数 据 传 输 ，并 采 用 Ｌ Ａ Ｋ 和 ｘＣ
Ｇ Ａ与 Ｄ Ｐ之 间进 行 实时数 据通 信 。 Ｓ
２ Ｆ ＧＡ与 Ｄ Ｐ的链 路 口通 信 设 计 Ｐ Ｓ
２１ 链 路 口通信 协议 分析 ．
．
以 ＴｇｒＨ Ｒ ｉ Ｓ Ａ Ｃ系列 处理 器器 Ａ Ｓ Ｓ ０ ｅ Ｄ Ｐ Ｔ ２ Ｘ为 例 ．链 路 口通 信协议 采 用通用 规则 来定
者都 广 泛应用 于 复杂 的信 号处 理 领域 。ＴｇｒＨ Ｃ系列 Ｄ Ｐ芯 片与外 部进行 数 据通 信主 ｉｅＳ ＡＲ Ｓ 要有 两 种方 式 ：总 线方 式 和链 路 口方 式 。采 用链 路 Ｅ通 信 不但 能 有效 缓解 Ｄ Ｐ总线上 的 ｌ Ｓ
压力 ，而且 传输 速度 快 ，与 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ之 间 的连线 相对也 少得 多 ，故链 路 口方式 更适 合于 Ｆ ． Ｐ
点处 理 性 能优越 ．故基 于 这类 Ｄ Ｐ的 Ｄ Ｐ Ｆ Ｇ Ｓ Ｓ ＋ Ｐ Ａ处 理系 统正 广 泛应 用 于复 杂的 信号 处理

空循环 ，等待 中断
于 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ 的 多 电 平 逆 变 器 驱 动 脉 冲 生 成 系统 设 计 提 供 了依 据 。
２ 总 体 结 构 设 计
线。对某 一一区域访 问时 ，将相应的地址送到地 址 线，该区域片选信号变为低 电平 ，对该区域 的访 问有 效。每个 ＸＩＮＴＦ区域 的读 写访 问时 序 都 可 以 分成 三 个 阶段 ，建 立 （Ｌｅａｄ）、 有 效
（Ａｃｔｉｖｅ）、 跟 踪 （Ｔｒａｉｌ） ， 每 个 阶 段 的 时 间 都 可 以 配置 ， 以满 足 不 同速 度 外 部 设 备 的 时 序 要 求 。对 ＸＺＣＳＯ区 域 进 行 写 操 作 时 ，ＸＺＣＳ０ 信 号 首 先 拉低 ，写选 通 信 号 ＸＷ Ｅ０随之 拉 低 ， 数 据 送 到 数 据 总 线 ＸＤ 上 ； 进 行 读 操 作 时 ， ＸＺＣＳ０信 号 首 先 拉 低 ，读 选 通 信 号 ＸＲＤ 随之 拉低，将数据从数据 总线 ＸＤ锁存到 ＤＳＰ中。 片选信 号 ＸＺＣＳＯ在读写访 问时序 的三个阶段 中均为低 电平，但读选通 信号 ＸＲＤ 与写选通 信号 ＸＷＥ０仅在有效 （Ａｃｔｉｖｅ）阶段时为低 电 平 。
级联 Ｈ桥 型多 电平逆变 电路在 高压大 功 率 变 流 及 交 流 传 动 系 统 中 有 十 分 广 泛 的 应 用 。 但 是 在 数 字 控 制 的 实 现 中 ， 单 片 ＤＳＰ芯 片 提 供 的 ＰＷ Ｍ 路 数 有 限 。 一 个 ＿一 相 七 电平 级 联 Ｈ桥 型逆变 电路就需要 ３６路 驱动脉冲 ，一片 ＤＳＰ上 ＰＷＭ 脉 冲 数 显 然 不 能 满 足 需 要 ， 而 多 片 ＤＳＰ并 行 工 作 又 要 考 虑 时 钟 同步 问 题 。 因 此 多 采 用 ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ 系 统 生 成 多 路 驱 动 脉 冲，其 中 ＤＳＰ负 责采 样计 算并定 时发送 多路 脉 宽 数 据 到 ＦＰＧＡ，ＦＰＧＡ 产 生 多 路 三 角 载 波 并与脉 宽数据 实时 比较 生成 ＳＰＷＭ 波 。实现 该方法 首要 步骤是 解决 ＤＳＰ与 ＦＰＧＡ之 间并 行 通 信 的 问 题 。 选 用 合 适 的 ＤＳＰ与 ＦＰＧＡ 芯 片，构 建实 验平 台并设 计并 行通 信方 式，通 过 外 部 接 口 Ｘ１ＮＴＦ进 行 通 信 ，实 现 了 ＤＳＰ对 ＦＰＧＡ 内构 造 的 ＦＩＦＯ 中数据 的读写 ，并 为基

２音频接 口模 块应用 实例
２１ 。 音频接 口模块的硬件总体设计 本音频接 口模块 的工 作流程是麦克风将人的 语音信号转化为模拟信号，经过音频芯片 ＡＣ ３ Ｉ２ Ｂ
量化转化成数字信号输入 ＤＳ 。 Ｆ Ｇ Ｐ 在 Ｐ Ａ的控制下 Ｄ Ｐ 完 成处 理 识 别后 ，输 出相 应 的音频信 号给 Ｓ ＦＧ Ｐ Ａ，Ｆ Ｇ 根 据 ＤＳ ＰＡ Ｐ输 入 的指 令产 生正确控制 命令返回给 Ａ Ｃ ３ ，再从 Ａ Ｃ ３ 的外接耳机中 Ｉ２Ｂ Ｉ２ Ｂ 收听到处理后的音频信号。整个音频接 口模块的硬 件总体框 图如图 １ 所示。
在本模块 中，音频处理芯片采用的是 Ｔ Ｉ公司 的 ＡＣ ３ ＡＣ ３ Ｉ２Ｂ， Ｉ２ Ｂ的模数转换（ Ｄ ） Ａ Ｃ和数模转换 （Ａ ） Ｄ Ｃ 部件高度集成在芯片内部，芯片采用 ８ｋ 采 样率，单声道模拟信号输入 ， 双声道输出。 Ｉ２ Ｂ ＡＣ ３ 具有可编程特性 ，内部有 １ 个 １ 位寄存器 ，编程 １ ６ 设置这些寄存器可得到所需的采样频率、输入输出 增益和传输数据格式等 。 Ｓ 可通过 Ｆ Ｇ ＤＰ Ｐ Ａ的控制 接 口来编 辑该器件 的控制 寄存器 ，而且能够编译
随着现代计算机技术、电子技术和通信技术的 飞速发展，音频处理技术的应用也越来越广泛，同 时现代系统对音频技术的要求也越来越高，音频处 理技术已被广泛的应用于很多领域 ， 如声纳系统对 目标信号的收听和语音识别 、数字录音机、随身听 （ Ｃ 播放器 、 ３ ．）等一 些数字 音频领 域 。 如 Ｄ ＭＰ … ． ・ 目前 各 大 芯 片 制 造 厂 商 都 相 继推 出采 用 先进 工 艺 生 产 的 高 性 能 和 多 功 能 的立 体 声 音频 专 用 芯 片，为广大的硬件工程师提供 了方便的选择。 ＤＳ Ｐ芯片，即数字信号处理器 ，是专门为快速 实现各种信号处理算法而设计 的、具有特殊结构的 微处理器 ，其处理速度 比最快的 Ｃ Ｕ 还快 １￣ ０ Ｐ ０ ５ 倍。现在 ，Ｆ Ｇ 已经能在一个很小的器件里进行 ＰＡ 百万 门级的编程，并且可现场编程。本文介绍的就 是一种基于 Ｄ Ｐ Ｐ Ａ的一种新型音频接 口 Ｓ 和Ｆ Ｇ 模块 合成系统的实现方法和应用。

嵌入式技术 电　子　测　量　技　术 EL ECTRON IC M EASU REM EN T TECHNOLO GY 第32卷第1期2009年1月　基于DSP和FPGA的数据通信实现方案朱　军　高清维　韩　璐(安徽大学电子科学与技术学院　安徽　230039)摘　要:在诸如无线视频传输等许多的系统设计中,越来越多的使用到了ARM+FP GA或DSP+FP GA的方案,由ARM或DSP做控制,而FP GA做复杂的算法处理,这样的分工可以使二者各尽其能,达到整个系统的性能最优值。

但如何协调控制器和FP GA,特别是如何进行两者之间的数据通信却是需要解决的问题。

本文以BF537系列DSP为例,介绍一种方法,使得BF537能够动态的配置FP GA,并能够正确简单的与FP GA进行数据通信。

经过实践证明该方法行之有效,并具有一定的通用性和灵活性。

关键词:DSP;BF537;FP GA;数据通信;动态配置中图分类号:TN431.2 文献标识码:ASolution of data communication based on DSP and FPGAZhu J un　Gao Qingwei　Han L u(The School of Electrical Science and Technology,Anhui University,Anhui230039)Abstract:Now in the design of many systems,such as wireless vedio transmission system,ARM+FP GA or DSP+ FP GA schemes are increasingly used.They adopt ARM or DSP to make control and FP GA to do complex algorithmic calculation,so that the optimum value of the entire system performance can be achieved utilizing the combination of thier functions.However a still existing problem to be solved is how to coordinate controller and FP GA,particularly how to carry out the communications between them.This paper takes BF537series DSP as example to introduce a method that can dynamically configure EP GA,and realize data communications with FP GA in correct and simple way.This method is proved to be effective through practice,and is universal and flexible in certain degree.K eyw ords:DSP;BF537;FP GA;data communication;dynamic configuration0　引 言随着移动通信和视频编码技术的发展,无线视频传输得到了越来越多的应用,传统的应用于有线领域的监控图传设备越来越显示出它的不足和缺陷。

高速串行技术发展现状
今天，多数计算机、嵌入式处理设备和通信设备仍然采用并行总线， 最流行总线形式包括PCI、VME及它们扩展。目前广泛使用的几种通 信标准都是基于并行总线标准。并行总线可分为两大类：系统同步并 行总线标准，主要包括PCI-X和Compact PCI；源同步并行总线标准， 包括RapidIO、HyperTransport等其他类似标准。但随着芯片性能的 增加，以及更大带宽需求，这些多路并行总线结构遇到了令系统设计 者头疼限制。并行接口限制有：码间干扰、信号偏移、串音干扰和直 流偏置等问题，这些因素严重地影响了并行接口频率的提高和传输距 离的增长。为了解决并行接口在数据传输时所面临的极限问题，国内 外都将更多的研究焦点放在高速串行接口电路上。
DSP部分的注意事项
软件初始化则是通过改变接收控制寄存器LRCTLx中的对应位来实现功能的。下面，就 对这些位的功能进行一个介绍： 如果 REN=1，则链路口的接收部分使能，但链路口强制初始化被禁止。 如果 REN =0， RINIF=0，则链路口的接收部分和链路口强制初始化都被禁止。 如果REN=0，RINIF=1，而RINIV =0，则链路口的接收部分被禁止，而链路口初始化 被强制置为0。这种置位就相当于利用LxBCMPI进行初始化时，LxBCMPI=0。 如果REN=0，RINIF =l，而RINIV= l，则链路口的接收部分被禁止，而链路口初始化被 强制置为1。这种置位就相当于利用LxBCMPI进行初始化时，LxBCMPI=l。 因此，要实现软件初始化，处理器应该实现如下操作： l、首先写REN=0，RINIF=1，RINIV=1，初始化链路口的接收部分 2、再写REN=1，链路口接收使能 以上操作步骤，在Visual DSP++软件中对应的程序为： yr0=0xDO;; LRCTL0=yr0;; yr0=0x11;; LRCTL0=yr0;;

基于FPGA+DSP架构的高速通信接口设计与实现于半导体器件的开通、关断及导通损耗.从电路拓扑方式上来讲,采用零开关变换拓扑方式产生谐振使电路中的电压或电流在过零时开通或关断可最大限度地减少开关损耗但也无法彻底消除开关管的损耗故利用散热器是常用及主要的方法.3.1 散热器的热阻模型由于散热器是开关电源的重要部件,它的散热效率高与低关系到开关电源的工作性能.散热器通常采用铜或铝,虽然铜的热导率比铝高2 倍但其价格比铝高得多,故目前采用铝材料的情况较为普遍.通常来讲,散热器的表面积越大散热效果越好.散热器的热阻模型及等效电路如上图所示半导体结温公式如下式如示：pcmax(ta)= (tjmax-ta)/θj-a(w)-----------------------(1) pcmax(tc)= (tjmax- tc)/θj-c(w)-----------------------(2)pc: 功率管工作时损耗pc(max): 功率管的额定最大损耗tj: 功率管节温tjmax: 功率管最大容许节温ta: 环境温度tc: 预定的工作环境温度θs: 绝缘垫热阻抗θc: 接触热阻抗(半导体和散热器的接触部分) θf: 散热器的热阻抗(散热器与空气) θi: 内部热阻抗(pn 结接合部与外壳封装) θb: 外部热阻抗(外壳封装与空气)根据图2 热阻等效回路, 全热阻可写为:θj-a=θi+[θb*(θs+θc+θf)]/(θb+θs+θc+θf)----------------(3)又因为θb比θs+θc+θf大很多,故可近似为θj-a=θi+θs+θc+θf---------------------(4)①pn 结与外部封装间的热阻抗(又叫内部热阻抗) θi是由半导体pn 结构造、所用材料、外部封装内的填充物直接相关.每种半导体都有自身固有的热阻抗.。

基于FPGA的高速数据传输接口设计与实现摘要：随着信息技术的不断发展，高速数据传输接口的设计和实现变得越来越重要。

本文基于现场可编程门阵列（FPGA）技术，设计并实现了一种高速数据传输接口。

通过对FPGA的编程，我们能够实现灵活、可定制的接口，满足不同应用场景的需求。

本文详细介绍了接口设计的原理、方法和实现过程，并进行了性能测试和评估。

实验结果表明，该高速数据传输接口具有良好的性能和稳定性，能够满足高速数据传输的要求。

关键词：FPGA，高速数据传输接口，灵活性，性能测试1. 引言随着现代科技的快速发展，数据传输速度的需求不断提高。

为了满足这一需求，研究人员提出了各种高速数据传输接口的设计方案。

然而，由于传统硬件的限制，这些接口往往无法满足实际应用的要求。

因此，本文采用了FPGA技术，设计并实现了一种高速数据传输接口，以提升数据传输速度和灵活性。

2. 接口设计原理本文采用了基于FPGA的设计方法，通过对FPGA的编程，实现了高速数据传输接口的设计。

FPGA具有可编程性和并行处理能力，可以根据应用需求进行灵活定制。

通过将数据传输接口的相关功能逻辑实现在FPGA中，可以大大提高传输速度和稳定性。

3. 接口设计方法本文采用了一种基于时钟同步的数据传输方法。

通过将数据传输分为发送端和接收端两个模块，利用时钟信号进行同步，确保数据的准确传输。

发送端将需要传输的数据编码成数字信号，通过FPGA的输出引脚进行传输；接收端通过FPGA的输入引脚接收数字信号，并解码还原成原始数据。

4. 接口实现过程本文采用Verilog HDL语言进行FPGA的编程。

首先，根据接口设计原理和方法，编写发送端和接收端的功能模块；然后，通过逻辑综合、布局布线和时序分析等步骤，生成FPGA的比特流文件；最后，将比特流文件下载到FPGA芯片中，完成接口的实现。

5. 性能测试与评估为了评估所设计的高速数据传输接口的性能，我们进行了一系列的性能测试。

集成电路应用ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓＦＰＧＡ与ＤＳＰ的高速通信接口设计与实现金鹏，邓欣，宋万杰，吴顺君（西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安７１００７１）摘要：对ＡＤＩ公司ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣ系列的两种典型ＤＳＰ芯片ＴＳ１０１［１］和ＴＳ２０１［２］的链路口性能进行了分析和比较，并给出了ＦＰＧＡ与这两种ＤＳＰ芯片通过链路口进行双工通信的设计，为ＦＰＧＡ＋ＤＳＰ实时处理系统的内部数据通信提供了更加稳定和完善的通道。

关键词：ＴＳ１０１ＴＳ２０１实时处理系统链路口通信在雷达信号处理、数字图像处理等领域中，信号处理的实时性至关重要。

由于ＦＰＧＡ芯片在大数据量的底层算法处理上的优势及ＤＳＰ芯片在复杂算法处理上的优势，ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ的实时信号处理系统的应用越来越广泛。

ＡＤＩ公司的ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣ系列ＤＳＰ芯片浮点处理性能优越，故基于这类ＤＳＰ的ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ处理系统正广泛应用于复杂的信号处理领域。

同时在这类实时处理系统中，ＦＰＧＡ与ＤＳＰ芯片之间数据的实时通信至关重要。

了具体的设计实现方法。

其中ＴＳ１０１的设计已经成功应用于某信号处理机中。

１ＴＳ１０１和ＴＳ２０１的链路口分析与比较ＴＳ１０１和ＴＳ２１０都是高性能的浮点处理芯片，目前两者都广泛应用于复杂的信号处理领域。

ＴＳ２０１是继ＴＳ１０１之后推出的新型芯片，核时钟最高可达６００ＭＨｚ，其各类性能也相对优于ＴＳ１０１，而且ＴＳ２０１的链路口采用了低抗噪声性能更好。

表１压差分信号ＬＶＤＳ技术，功耗更低、列出了两种芯片链路口性能的详细比较，其中ＴＳ１０１核时钟工作在２５０ＭＨｚ，ＴＳ２０１核时钟工作在５００ＭＨｚ。

ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣ系列ＤＳＰ芯片与外部进行数据通信主要有两种方式：总线方式和链路口方式。

链路口方式更适合于ＦＰＧＡ与ＤＳＰ之间的实时通信。

随着实时信号处理运算量的日益增加，多序号项目结构片内结构数据传输数据形式速率表１ＴＳ１０１与ＴＳ２０１链路口性能对照表ＴＳ１０１４个双向复用的链路口每个链路口可以通过内部三条总线分别映射到存储区Ｍ０／Ｍ１／Ｍ２ＴＳ２０１４个完全双向的链路口通过ＳｏＣＢＵＳ接到片内ＳｏＣ接口，映射到存储区１２３４５６ＤＳＰ并行处理的方式被普遍采用，它们共享总线以互相映射存储空间，如果再与ＦＰＧＡ通过总线连接，势必导致ＦＰＧＡ与ＤＳＰ的总线竞争。

哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要随着半导体器件的发展，模数转化器的采样速率大大提高，信号处理系统的数字化程度提高，系统内部有大量的数据需要实时传输。

因此，无论民用还是国防工业，都对总线的数据传输速率提出了更高的要求。

目前常用通信协议的传输速率达不到系统要求，而通信行业专用的高速传输协议对系统来说硬件开销过于巨大，因此需要一种结构简单，同时又具有很高数据传输速率的接口来承担数据传输功能。

本课题旨在为某雷达信号处理板提供高速通信接口，实现主机通过该接口实时地接收信号处理板发来的数据，用以进行处理或加以记录。

由于雷达对实时性有很高的要求，前端会持续产生高速采样数据源源不断地发送给主机。

因此信号处理板与主机间的通信接口需要具有高速、稳定等特点。

本课题设计的通信接口就具有高速、稳定的特点。

该接口可用于机箱间或板间通过光纤接口进行数据传输。

课题在基于实际应用的条件下简要分析了OSI-RM参考模型，并根据课题的实际需要对模型进行一些调整。

在参考OSI-RM参考模型的基础上，分别在FPGA和处理器中用硬件和软件实现参考模型的各层次功能，并对部分模块进行了仿真测试。

在本课题中使用硬件描述语言编写逻辑实现物理层和数据链路层结构。

而在信号处理板和主机分别采用C语言和C#语言实现了网络-传输层的通信协议。

最后通过系统联合调试的结果可以分析，该接口具有高效、可靠、稳定等特点，可以应用于实际系统中。

关键词：高速数据传输；FPGA；RocketIO；TS201；滑动窗口哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractWith the development of semiconductor device, the sampling rate of AD has greatly increased, the digitalization of signal processing system has increased and large amount of real-time data needs to be transferred within the system. Hence, higher quality of data transmission rate is demanded for both civil and national defense industry. Currently, the transferring speed of regular communication protocol could not meet the increasing demand of system. And the protocol with high rate of transfer which is special designed for field of communication costs too much that. Thus we need a new type of interface which has simple structure and high rate of data transfer to fulfill the demand of signal process system.This article aims to provide a method to realize the high rate of communication interface for radar signal processing system, so that the host computer can receive the real time data from signal processing system through this interface. In addition, the data could be used in further processing or recording. The ADC continues to produce high rate of sampling data and send the data to the host computer. Therefore, the efficiency and the reliability is demanded by the communication interface between signal processing system and host computer. This article presents a design of a communication interface which could meet the demand of characteristics mentioned above and can be used to transfer data between boards or cases.The article analyzed the OSI-RM model based onto the actual application. In addition, some adjustments were made onto the model in accordance with the actual demand of engineering application. Based on the reference model of OSI-RM, hardware and software were applied into FPGA and processors separately to achieve the function of each layer in the consult model. In this project, HDL was used to design the logic of physical layer and data link layer. C and C# language were used in signal processing system and host computer to achieve the communication protocol of network- transport layer. After debugging in the real system, it is concluded that the interface possesses characteristics of efficiency and reliability and is able to be applied into actual system.Keywords: high speed data transfer,FPGA, RocketIO, TS201, slip window哈尔滨工业大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 本研究课题的来源 (1)1.2 背景及其理论意义与实际意义 (1)1.3 国内外与课题相关研究领域的研究现状 (2)1.3.1 国内外通信协议方面研究现状 (2)1.3.2 国内外信号处理板通信接口的设计 (3)1.4 课题研究内容 (5)第2章高速通信接口相关的背景知识 (7)2.1 通信接口参考模型 (7)2.2 Xilinx FPGA（现场可编程门阵列）简介 (8)2.2.1 FPGA的发展状况 (8)2.2.2 使用FPGA开发的流程 (8)2.2.3 FPGA开发环境 (9)2.3 DSP平台 (10)2.3.1 ADSP-TS201S处理器介绍 (10)2.3.2 DSP开发环境介绍 (10)2.4 主机环境 (11)2.4.1 Windows驱动开发 (11)2.4.2 主机应用程序和协议处理程序的开发 (12)2.5 本章小结 (12)第3章高速通信接口的设计 (13)3.1 课题需求分析 (13)3.2 信号处理板光纤通信接口的开发 (15)3.2.1 通信协议的开发 (15)3.2.2 光纤通信接口的硬件实现方案 (17)3.3 本章小结 (19)哈尔滨工业大学硕士学位论文第4章高速通信接口的实现 (20)4.1 光纤通信接口硬件的实现 (20)4.1.1 高速串行通信接口模块的实现 (20)4.1.2 FPGA与TS201S总线接口模块设计 (26)4.1.3 光纤通信接口的硬件开销 (29)4.2 信号处理板上网络-传输层通信协议的实现 (30)4.2.1 信号处理板对光纤通信接口的控制 (30)4.2.2 链式DMA传输和飞跃式传输的特殊处理 (31)4.2.3 信号处理板实现通信协议的工作流程 (32)4.2.4 光纤通信接口支持软件 (36)4.3 主机上网络-传输层通信协议的实现 (37)4.3.1 PCI-e光纤接口卡驱动程序的开发 (37)4.3.2 协议处理程序的实现 (38)4.4 本章小结 (42)第5章高速通信接口的调试与测试 (43)5.1 模块的仿真验证 (43)5.1.1 发送控制模块的仿真验证 (43)5.1.2 接收控制逻辑的仿真验证 (44)5.1.3 拥塞控制机制的仿真验证 (46)5.1.4 小结 (47)5.2 实际调试测试 (47)5.2.1 Chipscope工具简述 (47)5.2.2 实际调试过程 (48)5.3 本章小结 (55)结论 (56)参考文献 (57)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (59)致谢 (60)哈尔滨工业大学硕士学位论文第1章绪论1.1本研究课题的来源随着通信和网络技术的飞速发展，各种嵌入式系统在设备内部有大量的数据传输[1]。

DSP与FPGA的并行通信方式设计与实现作者：刘源康来源：《电子技术与软件工程》2018年第03期摘要在DSP+FPGA实现的级联H桥型多电平逆变电路中，首要任务是实现DSP与FPGA的通信。

本文设计了DSP+FPGA系统的硬件电路连接方式及通信软件，由DSP作为上位机，FPGA作为下位机，使用外部接口XINTF将DSP与FPGA二者相连。

设计了DSP侧的主程序与中断服务程序，在FPGA内构造FIFO储存数据，编写FIFO的读写接口逻辑单元代码。

最后用内嵌逻辑分析仪采集了XINTF各信号线及FIFO各引脚的数据，验证了该并行通信方式的可行性。

【关键词】DSP FPGA XINTF FIFO 并行通信1 引言级联H桥型多电平逆变电路在高压大功率变流及交流传动系统中有十分广泛的应用。

但是在数字控制的实现中，单片DSP芯片提供的PWM路数有限。

一个三相七电平级联H桥型逆变电路就需要36路驱动脉冲，一片DSP上PWM脉冲数显然不能满足需要，而多片DSP并行工作又要考虑时钟同步问题。

因此多采用DSP+FPGA系统生成多路驱动脉冲，其中DSP负责采样计算并定时发送多路脉宽数据到FPGA，FPGA产生多路三角载波并与脉宽数据实时比较生成SPWM波。

实现该方法首要步骤是解决DSP与FPGA之间并行通信的问题。

选用合适的DSP与FPGA芯片，构建实验平台并设计并行通信方式，通过外部接口XINTF进行通信，实现了DSP对FPGA内构造的FIFO中数据的读写，并为基于DSP+FPGA的多电平逆变器驱动脉冲生成系统设计提供了依据。

2 总体结构设计采用TI公司的TMS320F28335型32位浮点数字信号处理器与Altera Cyclone III系列的EP3C5E144C8N型现场可编程门阵列，构建通信系统。

因为DSP与FPGA使用不同的时钟信号，选择在FPGA内构造FIFO进行数据缓存，编写FIFO读写程序，通过DSP的外部接口XINTF实现DSP与FPGA的并行通信，这一系统的硬件连接示意图如图1所示，各信号线的方向在图中列出。

高速LVDS接口的FPGA设计与实现刘华锋【摘要】常规高速LVDS接口协议中,预置的同步序列会占用报文容量,且需在收端手工调整时钟数据对齐关系,降低了开发效率及平台间的兼容性.本文给出了一种基于8B/10B编码的,具有自动对齐功能的高速LVDS接口,并在Xilinx Virtex-7 FPGA平台上进行了接口测试,结果表明该接口可在600Mbps下稳定、可靠地传输数据.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】3页(P99-100,115)【关键词】高速LVDS接口;8B/10B;FPGA【作者】刘华锋【作者单位】中国电子科技集团有限公司第二十研究所,陕西西安 710068【正文语种】中文【中图分类】TP274.10 引言随着信息技术的进步，各行各业所产生的数据量越来越大，对数据传输速率的要求也越来越高。

为了保证信号的传输质量及抗干扰特性，数字电路往往采用高速串行总线来传输高速信号。

其中，现场可编程门阵列（FPGA）内部所集成的高速收发器，速率最高可达到十几个Gbps。

然而，大部分数字系统中串行总线速率达到几百Mbps即可满足需求，且低端系列的FPGA芯片内部并未集成高速收发器；相比而言，低电压差分信号传输（LVDS）[1]技术具有高速率、低噪声、低功耗、低电流驱动等特点，且容易在FPGA中实现，性价比高，因此在常规高速数字传输系统中得到了广泛的应用。

LVDS是一种总线标准，在FPGA中实现LVDS总线时，一般需要自定义传输协议。

对于低速业务来说（小于200Mbps），对数据进行过采并约定自定义同步序列即可完成收端数据同步及数据解析。

当数据速率较高时，需要采用FPGA内部集成SelectIO资源来手工调整数据与时钟的对齐关系，以确保数据的正确传输；该方法的不足之处在于手工调整对齐关系时会导致程序可移植性差，在不同的硬件电路间无法完全通用；此外，采用自定义同步序列进行数据同步时，会占用报文信息容量，报文内部再无法传送与同步序列相同的信息。

基于FPGA的高速数字信号处理系统设计与实现随着时代的进步和科技的发展，数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）在各个领域中扮演着重要角色。

而FPGA （Field Programmable Gate Array）作为一种强大的可编程逻辑器件，已经被广泛应用于高速信号处理系统中。

本文将探讨基于FPGA的高速数字信号处理系统的设计与实现。

1. 引言高速数字信号处理系统在实时性和处理速度方面要求较高。

传统的通用处理器往往无法满足这些需求，而FPGA的并行处理能力和灵活性使其成为处理高速数字信号的理想选择。

本文将着重讨论FPGA系统的设计和实现。

2. FPGA基础知识2.1 FPGA原理FPGA是一种可编程逻辑器件，由大量的可编程逻辑单元和存储单元构成。

通过编程可以实现逻辑门、存储器和各种电路。

FPGA的可重构性使得其适用于不同的应用领域。

2.2 FPGA架构常见的FPGA架构包括查找表（Look-up Table，简称LUT）、寄存器和可编程互连网络。

LUT提供逻辑功能，寄存器用于数据存储，而可编程互连网络则实现不同逻辑单元之间的连接。

3. 高速数字信号处理系统设计3.1 系统需求分析在设计高速数字信号处理系统之前，需要明确系统的需求和目标。

这可能包括处理速度、资源利用率、功耗等方面的要求。

3.2 系统架构设计基于FPGA的高速数字信号处理系统的架构设计是关键步骤之一。

需要根据系统需求和目标来选择合适的算法和硬件结构。

可以采用流水线结构、并行处理结构等以提高处理速度。

3.3 硬件设计硬件设计包括选择FPGA器件、选择合适的外设、设计适配电路等。

通过合理的硬件设计可以实现信号处理系统的高速和稳定运行。

4. 实现与验证4.1 FPGA编程使用HDL（Hardware Description Language）进行FPGA编程。

常用的HDL语言包括VHDL和Verilog。

（5）将配置位流文件下载到FPGA芯片中，进行实际运行和测试。
4、结论
本次演示设计和实现了一种基于FPGA的以太网和串口数据传输系统，实现了 高速、高效的数据传输和共享。本系统的优点在于具有高度的灵活性和可扩展性， 可以方便地根据实际需要进行功能扩展和优化。由于采用了FPGA技术，本系统还 具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，可以广泛应用于各种嵌入式系统和智能 设备中。
为了更好地实现基于FPGA的高速光纤通信数据传输技术，需要以下几个方面：
1.优化硬件设计：根据具体的应用场景和需求，选择合适的FPGA芯片和硬件 组件，并对其进行优化设计，以实现更高效的数据传输和处理。
2.完善软件算法：利用FPGA的并行处理能力和数字信号处理算法，进一步完 善软件算法，提高数据处理速度和可靠性。
最后，为了提高稳定性和可靠性，可以研究更为高效的错误检测和纠正算法， 以及研究如何提高数据传输的鲁棒性。
总结
本次演示介绍了基于FPGA实现的高速串口传输技术与实现。通过利用FPGA的 灵活性和高效性，我们成功地实现了高速串口传输技术，并在速度测试中验证了 其优势。然而，也需要注意到这种技术存在的不足和挑战。未来，高速串口传输 技术将会朝着更高速度、更低成本、更稳定可靠的方向发展。
参考内容
随着信息时代的到来，数据传输的速度和可靠性成为了关键的要素。光纤通 信作为一种现代化的数据传输方式，具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强等 优点，被广泛应用于各个领域。为了进一步提升光纤通信的性能，基于FPGA（现 场可编程门阵列）的高速光纤通信数据传输技术得到了广泛的研究与实现。
FPGA是一种高度灵活的芯片，可以由用户进行编程配置，实现各种不同的逻 辑功能。在光纤通信领域，FPGA可以被用于实现数据编解码、信号调制解调、误 码纠正等功能，从而提升数据传输的速度和可靠性。

DSP和FPGA的双核并行通信方法设计与应用DSP（数字信号处理器）和FPGA（可编程逻辑器件）是当前数字信号处理和嵌入式系统设计领域中常用的处理器。

两者结合可以充分利用DSP和FPGA的优势，实现高性能数字信号处理和复杂算法的加速。

本文将讨论DSP和FPGA的双核并行通信方法的设计与应用。

1.双核处理器架构设计双核处理器架构设计是实现DSP和FPGA双核并行通信的第一步。

通常的双核处理器架构包括DSP和FPGA两个核心处理器，以及他们之间的集成总线。

DSP负责实现高性能数字信号处理算法，而FPGA负责实现复杂的逻辑和并行计算。

集成总线则起到了双核之间数据传输与通信的桥梁。

2.双核通信接口设计在双核处理器架构中，DSP和FPGA之间的通信是至关重要的。

为了实现高效的通信，需要设计适合DSP和FPGA的双核通信接口。

常见的接口方式有DMA（直接内存访问）、FIFO（先进先出缓冲区）和消息队列等。

DMA是一种高效的数据传输方式，可以实现DSP和FPGA之间的高速数据传输。

通过配置DMA控制器，可以直接将数据从DSP的内存传输到FPGA的输入缓冲区，或者将计算结果从FPGA的输出缓冲区传输到DSP的内存。

而FIFO则是一种缓冲区，用于平衡DSP和FPGA之间的数据传输速率。

当DSP处理速度较快时，可以将数据存储在FIFO中，等待FPGA处理。

当FPGA处理完成后，再通过FIFO将处理结果传输回DSP。

消息队列是一种基于事件驱动的通信方式，可以实现DSP和FPGA之间的异步通信。

通过向消息队列发送消息，DSP和FPGA可以相互通知对方需要进行数据传输或处理。

3.双核并行通信应用在音频和视频处理中，DSP可以负责音频和视频信号的解码和编码，而FPGA可以负责音频和视频信号的滤波和残差编解码。

通过双核并行通信，可以实现高质量、高效率的音频和视频信号处理。

在图像识别中，DSP可以负责图像的预处理和特征提取，而FPGA可以负责图像的分类和目标检测。

基于Xilinx FPGA高速串行接口设计与实现摘要由于时钟抖动，扭曲，队列同步和串扰噪声和各种非理想因素，进一步完善面临巨大的挑战并行传输率。

因此，串行传输，已成为高速数据传输系统在深亚微米主要选择。

在串行传输系统为了实现高速信号传输，并可节约电能和降低成本，数据更倾向于使用低摆幅模式，LVDS和CML是低电压，小的摆动，差分信号的串行传输方式，所以它被广泛地应用于PCI。

快递网络物理层和高速度SERDES电路。

但这个标准的LVDS传输率只能达到3Gbps，以实现独立设计以满足5Gbps的要求及以上的高速PCI。

表达应用，本文研究了伪标准的LVDS 121（PLVDS）和CML的启动界面的设计研究。

基于传输信号的理论，非理想因素和传输线的行为的信号完整性分析；提出了考虑高速串行传输系统的电路级和版图级设计；在PLVDS结束与CML 收发器电路的设计，并提出了改进方案。

其中，无歪斜单端差挠度问题提高plvds收发电路，电路的性能与加速管的改进；电平转换电路的信号快速切换到低水平的高水平，没有后续电路的调整，因此，延时小；双共模反馈电流开关电路的共模电平的控制，另一个环控制输出摆幅，输出更稳定；微分预加重技术使驱动能力强、降低码间干扰。

用于CML收发器的若干关键技术，有源负反馈技术和有源电感技术不仅可以有效地扩大信号的带宽，而且可以提高电路，电路的性能，降低了电路的功耗，减少了芯片的面积；均衡技术是有效减少传输线效应符号间干扰所引起的信号失真，提高信号质量。

同时也采用三级结构的樱桃。

胡珀限幅放大器电路，均衡电路进一步放大到比较器输出低摆幅信号可以识别的电压幅值。

在本文中，0.131cm CMOS技术实现两个PCI。

表达物理层PLVD和CML高速串行数据传输接口的基础上。

仿真结果表明，两种接口电路的传输速率高达5Gbps，完全符合PCI Express表示应用要求。

主题词：PLVDS，CML，预加重，均衡，有源负反馈，电压比较器，失效保护Design and implementation of high-speed serial interface based on Xilinx FPGAAbstractDue to clock jitter, skew, queue synchronization and crosstalk noise and various non-ideal factors, parallel transmission rate to further improve the face enormous challenges. So that the serial transmission has become a high-speed data transmission system in deep sub-micron main choice. In the serial transmission system in order to realize the high-speed signal transmission, and can save power and reduce the cost, the data tend to use low swing mode, LVDS and CML is the low voltage, small swing, differential signal serial transmission mode, so they are widely used in PCI.Express network physical layer and high speed SerDes circuit in. But this standard LVDS transmission rate can only reach 3Gbps, in order to achieve the independent design to meet the requirements of 5Gbps and above high speed PCI.Express application, this paper studies a pseudo standard LVDS 121 (PLVDS) and a CML interface to start the design research. Based on the theory of transmission signal, the signal integrity analysis of nonideal factors and transmission linebehavior; then put forward considering the high-speed serial transmission system circuit level and layout level design; at the end of the PLVDS and the CML transceiver circuit design and put forward the improvement scheme. Among them, no skew single-ended to differential deflection problem to improve the PLVDS transceiver circuit, the circuit performance is improved with the accelerating tube; level conversion circuit the signal quickly switched to a high level from low level, without a subsequent circuit is adjusted, therefore, the time delay is small; with double common-mode feedback current switching circuit in a the loop control of common mode level, another loop control output swing, the output is more stable; differential pre-emphasis technology makes stronger driving capability and reduce intersymbol interference. Several key technologies used in a CML transceiver, the active negative feedback technology and active inductor technology not only can effectively expand the bandwidth of signal, but also can improve the performance of circuit, circuit, reduce the power consumption of the circuit, reduce the area of chip; equalization technology is effective to reduce the transmission line effect and intersymbol interference caused by signal distortion, the signal quality isimproved. At the same time also uses three levels of structure of Cherry.Hooper limiting amplifier circuit, the equalization circuit outputs low swing signal for further amplification to the comparator can identify the voltage amplitude. In this paper, 0.131xm CMOS technology to achieve two for PCI.Express physical layer PLVDS and CML high-speed serial data transmission interface based on. Layout simulation results show that, two kinds of interface circuit transmission rate up to 5Gbps, fully meet the requirements of PCI.Express application.Key Words：PLVDS，CML，Pre—emphasis，Equalization，Active Negative Feedback，Limiting Amplifier，Fail—Safe目录摘要 (I)Abstract (III)引言 (2)1绪论 (4)1.1高速串行技术背景的研究 (4)1.2 HSST(High Speed Serial Technology)现状发展概况 (4)1.2.1 LVDS相关介绍 (5)2 Virtex-5 FPGA设计原理和参数 (10)2.1 Virtex-5介绍 (10)2.2 FPGA 设计方法 (13)2.3 Xilinx FPGA 相关软件介绍 (13)3.1 TS20l链接口简介 (17)3.2 FPGA与TS20l硬件连接及可行性分析 (21)3.3 FPGA仿真设计 (22)3.4实际硬件调试 (29)4 B3G TDD系统中RocketIO 接口资源需求分析与设计 (32)5 B3G TDD系统MAC层高速串口实现与仿真测试 (37)1.MAC高层协议处理模块 (38)2.数据转接模块 (39)5.2 RocketIO接口仿真与测试 (40)5.2.1 RocketIO 接口仿真 (40)5.2.2 单板测试和板间测试 (43)5.3 本章小结 (46)结论 (47)参考文献 (48)附录A 信号处理板 (50)附录B FPGA RocketIO仿真代码 (51)附录C Xilinx硬件部分 (55)FPGA+DSP硬件部分致谢 (55)引言在数字系统的互连设计，高速串行I/O技术替代传统的并行I / O技术已成为发展趋势。

FPGA与DSP的高速通信接口设计与实现
金鹏;邓欣;宋万杰;吴顺君
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2007(33)4
【摘要】对ADI公司TigerSHARC系列的两种典型DSP芯片TS101[1]和
TS201[2]的链路口性能进行了分析和比较,并给出了FPGA与这两种DSP芯片通过链路口进行双工通信的设计,为FPGA+DSP实时处理系统的内部数据通信提供了更加稳定和完善的通道.
【总页数】4页(P44-47)
【作者】金鹏;邓欣;宋万杰;吴顺君
【作者单位】西安电子科技大学,雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.基于DSP的USB
2.0高速通信接口设计与实现 [J], 张俊;胡向东
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3.基于FPGA+DSP的USB高速数据采集系统设计与实现 [J], 李冬冬;吴玉斌;郝
永平;王磊
4.FPGA与DSP的高速通信接口设计与实现 [J], 夏克成;祁玉芬
5.多核DSP与FPGA高速数据传输系统设计与实现 [J], 陈术涛;沈志;王春联;胡奇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于FPGA的高速以太网接口设计和实现共3篇基于FPGA的高速以太网接口设计和实现1以太网是广泛使用的局域网（LAN）标准，其速度和带宽都非常高，不断发展和改进以满足用户需求。

在现代数据中心和云计算环境中，以太网已变得更加重要，因为它可以提供高速、低延迟和灵活性，使得多个系统之间的通信更加容易和高效。

为了满足这些需求，FPGA成为了一种重要的硬件平台，通过实现高速以太网接口，提供灵活的网络连接。

FPGA是一种可编程的硬件平台，集成了大量的可编程逻辑单元和DSP 资源，可以快速实现各种电路和系统。

基于FPGA的高速以太网接口设计具有以下优点：1. 速度高：基于FPGA的以太网接口可以支持高达40Gbps的数据传输速度，远远快于传统的以太网接口。

2. 低延迟：FPGA内部的可编程逻辑单元可以实现更快的数据处理，并且可以在硬件层面提供更快的响应时间，从而降低网络延迟。

3. 灵活性：FPGA具有可编程性和可重构性，可以根据需要进行实时调整和修改。

此外，FPGA可以通过工具链进行设计和优化，可适应各种硬件需求。

基于FPGA的高速以太网接口设计和实现需要经过以下步骤：1. 设计FPGA电路：使用Verilog或VHDL等硬件描述语言实现电路设计和仿真。

2. 选取以太网MAC：选择适合特定应用场景的以太网MAC，例如10G、25G、40G等。

3. 实现FPGA电路：在FPGA开发板中实现电路设计，FPGA的GPIO口可以与物理层器件、MAC等进行连接，形成完整的以太网接口。

4. 调试和测试：通过网络测试，验证以太网接口的工作状态和性能指标是否达标。

FPGA的以太网接口可以应用于许多领域，例如数据中心、高性能计算、视频监控等，提供高速、可靠的连接。

随着云计算和物联网的迅猛发展，基于FPGA的高速以太网接口设计将变得越来越重要，这将在未来的发展中起到至关重要的作用。

基于FPGA的高速以太网接口设计和实现2以太网是一种最常见的局域网（LAN）技术，它通过使用协议和设备实现计算机和其他设备之间的数据通信。