介面電路的硬體設計電科論文
1.1 研究工作背景
匯流排是支援計算機及微處理器各模組間資訊傳輸的公共通道,也是與外界進行資料交換的介面,一般包括資料、地址、控制等訊號。匯流排技術包括通道控制功能、使用方法、仲裁方法和傳輸方式等,系統地研製和外圍模組的開發都必須服從一定的匯流排規範。在匯流排結構中,區域性匯流排的發展最令人矚目,目前應用比較廣泛的區域性匯流排是PCI匯流排,但是存在一定的侷限性,如果資料在透過PCI匯流排時,延遲時間過長(即便頻寬滿足),系統將崩潰。這種問題通常可以透過增加快取來解決,但這種解決方法並不能從根本上解決問題,PCI匯流排的侷限性還在於不能夠脫離主機獨立工作。
隨著電子技術的發展,越來越多的系統需要大量的資料傳輸,此時單板系統已不能滿足要求,需要多板來共同實現,因此資料的板間傳輸就顯得尤為重要,而FPDP匯流排可提供兩塊或多塊VME匯流排板之間的高速資料傳輸,其資料傳輸率最高可達160MB/s,在一個單獨的VME板上也可以有多個FPDP匯流排進行資訊傳輸。在多板系統中,應用VITA標準中的FPDP匯流排,必將提高系統的資料傳輸能力。
FPDP匯流排是VME工業標準化組織制定的傳輸高速資料的匯流排標準,是提高系統資料吞吐能力的一種手段。在訊號處理系統中,利用FPDP匯流排將系統前置處理的資料,高速傳輸到訊號處理板,必將充分發揮DSP的功能,提高系統的資料輸入/輸出能力[1]。
1.2 FPDP匯流排技術及其發展
FPDP是一個在板卡之間直接傳輸資料的系統,具有良好的頻寬和延時特徵,適用於高階實時的DSP系統。現在最流行的標準協議是VME、ISA、PCI,這些協議都依賴於共享的底板上的匯流排,共享意味著爭奪有限的底板資源,它們不是以頻寬保留和保證延時的概念開發出來的。因此嘗試利用這些標準協議實現高階實時的DSP系統會出現衝突和失敗。所以在許多場合設計者想設計一個專門的.通道,相當於一個邊帶匯流排來傳輸特定的資料,這時FPDP匯流排就應運而生了。
FPDP匯流排標準由VME工業標準化組織制定,能夠在VME或VXI匯流排插板之間進行高速的資料傳輸,該匯流排也可以作為其它型別匯流排插板的區域性資料傳輸匯流排。
FPDP匯流排應用範圍廣泛,特別是在高速資料採集系統中,現在許多高速資料採集系統會碰到資料採集和要求把大量採集的資料實時送到處理板上進行處理的問題,由於在實際應用中,資料採集和資料處理往往是分開的,一塊是資料採集卡,另一塊是資料處理卡,兩塊板卡之間是獨立的,若利用計算機現有的匯流排標準進行資料傳輸,如PCI,VME等匯流排,存在兩個問題:一是若利用這些標準,就必須將兩塊板卡放在同一臺主機裡,而一臺主機的匯流排資源是有限的,難免會出現資源爭奪,頻寬不能滿足要求,故不能滿足資料實時處理的要求;二是在實際有些情況下,必須將一臺主機的資料傳到另一臺主機進行處理,若利用現有的計算機匯流排標準肯定不能滿足要求,這時用FPDP匯流排將資料從採集卡傳輸到處理卡就能很好地滿足高速資料採集系統的要求,因為它不佔用底板或主機的匯流排資源。基於FPDP的資料採集系統,可廣泛應用於航空航天、地震監測、石油勘探、醫療裝置、聲納等數字訊號處理裝置中。
FPDP匯流排傳輸需要相應的傳輸協議。一般匯流排的傳輸協議分為同步傳輸協議和非同步傳輸協議兩種型別。同步協議很簡單但是太嚴格,靈活性差;相反,非同步協議能適合任何一種時序要求,但命令模組和響應模組需使用較多的控制線,介面比較複雜。準同步協議是一種折衷,不做說明時系統按同步規則執行,當明確要求非同步操作時採用非同步協議。在一個複雜的匯流排系統中,微處理器之類的主裝置通常利用同步協議進行大批次的、時間相對確定的資料傳輸,而底板則採用非同步協議。VXI匯流排是採用非同步訊號交換聯絡協議的全並行匯流排,每次資訊傳輸由判優、定址和資料傳輸組成,資訊傳輸的速率由VXI總線上反應最慢的模組決定。在雷達訊號處理等需要進行大量快速的資料傳輸的場合,就需要在VXI匯流排插板上採用高速的區域性匯流排。區域性匯流排有兩種方式供選擇,一種是加背板,另一種是利用前面板扁平電纜。FPDP匯流排就是採用後一種方式的高速同步區域性匯流排,它不僅適用於插板之間的資料傳輸,而且可以支援兩個VXI機箱之間的資料傳輸[2]。
FPDP匯流排是一種全並行的32位同步匯流排,由於不提供任何地址資訊,因此FPDP總線上的資料可被多個插板使用。在採用PECL時鐘的情況下,FPDP匯流排能夠在兩個或多個VXI插板之間以每秒160MB的速率進行資料傳輸。FPDP匯流排是一種單向匯流排,為了能夠進行雙向的資料傳輸,系統內需要設定兩套或兩套以上的FPDP匯流排[3]。
FPDP匯流排協議遵循ISO參考模型[2],對最低兩層做出了規定。ISO參考模型全稱為開放式系統互聯參考模型,該模型是按照分層思想進行劃分的。FPDP協議包括資料鏈路層和物理層的協議,對硬體介面做了詳盡的規定。
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