FPGA+DSP導引頭信號處理中FPGA設計的關鍵技術

導引頭信號處理的一個特點是，F(xiàn)PGA要傳輸給DSP的數(shù)據(jù)比較多，需要傳遞幅度信息，和差支路數(shù)據(jù)等十幾組數(shù)據(jù)．每組數(shù)據(jù)長度在512~2K，而且讀取速度要求也比較高，一般要求百兆以上的讀取頻率。經(jīng)過工程實踐表明，采用通過EDMA通道同步讀取FIFO的方式實現(xiàn)通信是非常有效的方法。但是接口處的FIFO比較多，而且讀取速度有比較高，這勢必導致FPGA內(nèi)部對接口處資源的競爭，甚至會導致時序的不滿足。在實際工程調(diào)試中表現(xiàn)在DSP接收到的數(shù)據(jù)亂序，周期循環(huán)甚至亂碼。

　　要解決好FPGA和DSP的數(shù)據(jù)交互問題，要注意以下兩個方面。

　　3．2．1 三態(tài)門的設計

　　在本設計中，DSP和FPGA的互連采用了總線連接的方式，數(shù)據(jù)交互是通過一個32位的雙向數(shù)據(jù)總線來完成的，而要實現(xiàn)雙向總線，就需要使用FPGA構造三態(tài)總線了，使用三態(tài)緩沖器實現(xiàn)高、低電平和高阻三個狀態(tài)。

　　圖5雙向數(shù)據(jù)總線的三態(tài)門設計

　　本設計當中，F(xiàn)PGA給DSP發(fā)中斷信號，DSP在中斷信號到來時，根據(jù)系統(tǒng)要求，將不同的控制字寫入數(shù)據(jù)總線，然后通過數(shù)據(jù)總線從FPGA中不同的FIFO中讀取數(shù)據(jù)，這一切都通過DSP在地址線上給出不同的地址來完成。為了合理分配總線的使用，設計當中使用這樣的策略：利用片選信號aace3，地址aaea[9：0]作為三態(tài)緩沖器的控制信號，由于DSP對FPGA的讀寫地址都不同，當片選信號aace3有效時，F(xiàn)PGA根據(jù)地址來確定湊寫方式以及讀寫那些信息，否則置為高阻態(tài)，這樣就避免了可能產(chǎn)生的的總線阻塞現(xiàn)象，使DSP和FPGA之間的數(shù)據(jù)交互能夠順利進行，示意圖如圖5所示。

　　3．2．2 加有效的時序約束

　　由于接口FIFO比較多，為了合理分配FPGA內(nèi)部接口處的資源，滿足系統(tǒng)的時序要求，需要加必要的時序約束。因為本設計采用Xilinx公司芯片，所以需要加偏移約束2。

　　偏置約束可以優(yōu)化以下時延路徑：從輸入管腳到同步元件偏置輸入；從同步元件到輸出管腳偏置輸出。為了確保芯片數(shù)據(jù)采樣可靠和下級芯片之間正確交換數(shù)據(jù)，需要約束外部時鐘和數(shù)據(jù)輸入輸出引腳問的時序關系。偏置約束的內(nèi)容告訴綜合器，布線器輸入數(shù)據(jù)到達的時刻或者輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定的時刻，從而保證與下一級電路的時序關系。更多關于約束的內(nèi)容請參閱文獻。

4 結束語

　　FPGA+DSP是同前導引頭信號處理器中運用的最廣泛的系統(tǒng)組成形式，對速度以及靈活性的要求都能夠很好的滿足，文中所涉及到的跨時鐘域設計以及數(shù)據(jù)接口方面的問題是這樣的系統(tǒng)中FPGA設計存在的關鍵技術，文中提出了詳實的解決方法，而且工程應用已經(jīng)證明了其有效性。

　　本文作者創(chuàng)新點：依據(jù)工程實踐經(jīng)驗，總結了在FPGA+DSP結構的雷達導引頭信號處理中FPGA的關鍵問題，并提出了詳細的解決方案，并得到了工程驗證。