PCI接口IP核的DVB碼流接收系統設計

　　當PCI_MT32作為PCI總線主設備進行主模式操作時，主控邏輯模塊對PCI_MT32本地側信號進行控制以執行PCI主模式寫事務，將FIFO的數據傳送給從設備。同時還為DMA引擎提供PCI總線所處的狀態，如總線是否處于數據階段，是否有從設備終止等。

　　模塊的主要設計思路：當PCI總線仲裁器允許PCI_MT32成為總線主設備時，PCI_MT32功能模塊在本地側輸出lm_adr_ackn信號，表明地址階段開始，此時主控邏輯模塊應在l_adi線提供PCI地址，并在l_cbeni線提供PCI命令。在接下來的數據階段，如果本地側數據已準備好，就使lm_rdyn(本地側主設備準備好)信號有效，并在l_adi線提供數據，在l_cbeni線提供字節使能。如果從設備被選中且準備好，數據傳輸就開始了。最后，通過通知PCI總線當前周期是本地側最后的數據階段，在完成這次數據傳輸后就進入總線空閑狀態，PCI_MT32不再是總線主設備，一次數據傳輸也就結束了。

　　從控邏輯模塊

　　當PCI_MT32作為PCI總線從設備進行目標事務操作時，從控邏輯模塊對PCI_MT32本地側信號進行控制。PC通過讀本地側相應寄存器，了解當前狀態，通過對相應DMA寄存器的寫操作，來啟動DMA引擎。由于對寄存器的讀寫只用到目標單周期事務，且大部分信號由主機控制，從控邏輯相對簡單。主要是保證在要存取的目標地址命中，且frame信號有效時，trdyn(從設備準備好)信號有效。

　　圖3 DMA狀態機流程圖

　　DMA引擎模塊

　　DMA引擎模塊由DMA寄存器、DMA狀態機等模塊構成，當PCI_MT32作為PCI總線主設備進行主模式寫操作時，它與主控邏輯模塊共同將FIFO緩存輸出的數據通過DMA操作發送到PCI_MT32本地信號側。 其中，DMA寄存器的地址直接映射到PCI的地址空間，其基地址由PCI_MT32中的配置寄存器Bar0決定。主機通過訪問這些寄存器來控制DMA操作。寄存器包括控制狀態寄存器、PCI地址寄存器和中斷狀態寄存器。DMA狀態機模塊流程如圖3所示。

　　以下對DMA狀態機進行簡要描述：狀態機無數據傳輸時默認停留在空閑狀態。當PC寫控制狀態寄存器中的啟動位，就啟動狀態機，進入裝載寄存器狀態。自動裝載PCI地址寄存器后進入等待請求狀態。如果FIFO中的數據已經半滿，進入請求狀態申請占用PCI總線，接著進入等待允許狀態，等待PCI設備獲得總線的控制權。當PCI設備成為總線主設備，就進入準備狀態。判斷PCI總線的地址階段結束將要進入數據階段，則進入傳輸狀態，進行數據傳輸。此時，如果從設備提出終止，則返回寄存器有效狀態，根據情況重新申請總線的控制權;如果本次DMA數據傳輸結束或出現PCI異常中斷、PCI系統錯誤、PCI奇偶校驗錯誤、FIFO滿等錯誤時，則分別進入結束狀態或錯誤狀態，寫中斷狀態寄存器的相應位，同時發出中斷信號。PC收到中斷后，讀中斷狀態寄存器確定中斷類型，以進行下一步操作。最后返回空閑狀態，并清除中斷。

　　圖4 PCI DMA傳輸仿真波形圖

　　FIFO邏輯控制模塊

　　FIFO邏輯控制模塊根據CY7B933輸出的狀態信號，刪除同步字K28.5，只將有效的數據讀入，并將數據送入異步FIFO緩存。當FIFO空、半滿、滿時，對相應寄存器進行操作或通知DMA引擎模塊，以防止數據的溢出或空讀。

　　異步FIFO在核心控制模塊中，主要起到兩個作用。一是數據緩存，在系統進行DMA操作，將數據從ASI接口寫入PC內存時，DVB-ASI數據仍在源源不斷地輸入系統，FIFO可以將這些數據緩存，以防止數據丟失。二是時鐘隔離作用，輸入的ASI信號時鐘是27MHz，而PCI時鐘達到33MHz，這就要求對兩個頻率不同的時鐘進行同步，異步FIFO的數據輸入和輸出分別使用不同的時鐘，從而實現時鐘的隔離和無縫拼接。由于本設計對FIFO容量的要求較大，因此不采用Megafunction技術構造，而使用專門的高速FIFO芯片。

　　設計結果

　　在Quartus-II中進行了vhdl源程序仿真。圖4是用DMA方式進行PCI傳輸結果的仿真波形圖。其中ASI_D為模擬輸入的8位ASI碼流，在對相應的DMA寄存器進行操作后，啟動DMA引擎，圖中①處PCI_MT32通過拉低reqn信號發出總線占用請求信號，②處PCI總線仲裁器通過拉低gntn信號允許PCI_MT32成為主設備。③處進入地址階段，PCI_MT32在ad線上提供地址，在cben線上提供總線命令。在接下來的多個數據階段(圖中④處)，PCI_MT32在ad線和cben線上分別提供ASI_D輸入的數據和字節使能，由于輸入ASI信號是8位，而ad線為32位，因此利用ad信號的低8位來傳輸數據，可見,輸出數據與ASI_D輸入的數據相同。由于DMA傳輸長度的關系，本圖最后通過模擬從設備斷開(圖中⑤處)，終止了這次傳輸。由于DMA傳輸沒有結束，在終止后，DMA狀態機根據判斷狀態，還會自動繼續傳輸。從圖中可以看出，framen、irdyn、trdyn、devseln等接口控制信號完全符合PCI時序的要求。實現了將ASI信號通過PCI總線與PC進行實時數據傳輸的目的。圖中32位ad信號的高位沒有得到充分利用，如果需要，可以很方便地利用它們將電路升級為兩路或4路的多路DVB-ASI碼流接收卡。如果使用支持64位PCI總線的PCI_MT64功能模塊，則最多可以實現8路ASI信號的接收。

　　結語

　　本系統采用FPGA加PCI IP核的模式實現對高速、大容量DVB傳輸流的實時傳輸，實現了系統設計的目標。選擇PCI總線可以保證在足夠的帶寬下進行數據傳輸。FPGA的應用易于在線升級電路，擴充平臺的功能。IP核的使用使硬件電路更為簡潔、可靠。經過驗證，本文設計的系統可以很好地實現DVB-ASI信號的接收功能，同時，也可以作為其它DVB-ASI應用的基礎平臺，有著良好的應用前景。