基于SCA規范下FPGA的硬件抽象層設計

　　如圖1所示，組件一般用于實現應用功能。這類組件由波形開發者依據HAL-C應用接口進行設計，而在硬件平臺上則依據PE的具體環境實現這些HAL-C應用接口。由硬件平臺提供的HAL-C應用接口可給HC提供一個底層的通信接口，這些底層API的主要目的是讓同一或者不同PE上的HC能夠通信。HC1、HC2之間的通信并不是直接進行的，而是通過HAL-C提供的通信機制來實現。HC1、HC2的開發者只需要把數據發送給HAL就可以了。具體數據如何從HC1傳輸到HC2，則是硬件抽象層要完成的工作。

　　通常可用一個貯存在HAL-C基層結構的簡單傳輸模塊Tx來描述數據的傳輸。有兩種類型的傳輸需要描述，一種是貯存在不同PE上的HC之間通過物理信道進行數據和控制信號的傳輸，如圖1中HC2到HC3的數據傳輸。它可以通過不同的物理信道實現(如PCI，RapidIO等)，物理信道可以看作是傳輸在硬件平臺上的映射；另一種傳輸是在硬件內部進行的傳輸，雖然組件自己可以實現數據的傳輸，但是若使用硬件抽象層連接來約束這種傳輸，則能提高組件的通用性。

　　為了簡化上面的連接模型，這里引入了end-point的概念。即一條從HC出發，通過傳輸模塊的路徑被指定為一條邏輯通道。HC可使用HAL-C應用接口來訪問endpoint，以發送和接收數據。HAL-C基層結構負責把數據通過邏輯信道移動到指定的endpoint，這就可以把以前HC開發者應該做的工作轉移到硬件抽象層中來實現，從而使波形開發與硬件相關資源相分離。

　　2 FPGA硬件抽象層連接接口

　　SCA規范中使用了兩種類型的接口：“provides”和“uses”。其中“provides”接口用來提供服務，“uses”接口用來使用這種服務。這種思想可被擴展應用到FPGA的組件級。也就是把一個由HAL-C基層結構向組件提供數據的接口定義為HAL-C基層結構的“provides”端口，然后由組件利用HAL-C基層結構的“uses”端口給其它組件提供數據。HAL-C API希望HC通過通用接口來發送和接收數據。在FPGA上，可使用source和sink來定義SCA中的這兩種端口。這些接口通常以線路和信號的形式存在。

　　2.1 source接口

　　source接口用于從HC向HAL-C基層結構傳遞數據，它可根據硬件平臺的實現來確定信息被發送到指定的HC中。source接口應當實現的信號如下：

　　clock：接口的同步時鐘，所有信號均應與該時鐘同步；

　　data：數據總線，其寬度可以是1，8，16，32，64位；

　　channel：與數據傳輸相關的邏輯通道號；

　　length：定義數據緩沖區中要傳輸的字節數，可用MAXBUFFERSIZE描述數據的最大長度；

　　write：傳輸數據的使能信號；

　　socketRequest：寬度為MAXSOURCESOCK-ETS的矢量，用于描述一個指定的邏輯信道接口正在請求訪問sink的邏輯信道；

　　socketReady：寬度為MAXSINKSOCKETS的矢量所包含的一個流控制信號，用以應答source接口的請求信號。

　　source接口模塊如圖2所示。

　　2.2 sink接口

　　sink接口主要用于從HAL-C基層結構接收數據并送給HC。sink接口應當接收source接口輸出的信號，它應當接收大小由length信號確定的數據。socketReady表示當sink接口從source接口接收數據時的寬度，該寬度為MAXSINKSOCKETS的矢量所包含的一個流控制信號，是為source端口應答的信號。

　　圖3所示為sink接口模塊圖。

　　2.3 source和sink的典型應用模型

　　FPGA是硬件可編程設備，FPGA的內部功能模塊可通過直接線路或總線相互連接。這意味著一個包含多個功能模塊的FPGA內部體系可以被分解成分散的子模塊，這些子模塊可通過外部連接機制相互連接。圖4所示是FPGA內部使用sink和source的典型模塊圖。