發(fā)布時間：2021-01-10 19:10

　　基于實驗室的某同步數(shù)據(jù)采集卡項目要求,需要設計一個數(shù)據(jù)共享存儲器,實現(xiàn)數(shù)據(jù)在FPGA和上位機之間高速有效地雙向傳輸;為此在可編程邏輯器件FPGA的基礎上設計了基于Avalon總線的單時鐘真雙端口模式的雙口RAM共享存儲器;其存儲容量為256字節(jié),數(shù)據(jù)線和地址線定制8位;為了避免數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象的出現(xiàn),采用了奇偶交換頁的思想,16字節(jié)為一頁;最后對所設計雙口RAM進行驗證測試,結果表明所設計的雙口RAM實現(xiàn)了12字節(jié)報文信息在FPGA與上位機之間的高效傳輸;50 000次的測試結果表明所設計的雙口RAM實現(xiàn)了信息不丟包的實時傳輸;該設計充分利用了FPCA現(xiàn)有的存儲資源,減少了電路設計的復雜性,同時達到數(shù)據(jù)的高效率傳輸。 

【文章來源】：計算機測量與控制. 2020,28(04)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖8 雙口RAM與NiosII之間的通信測試結果

Altera公司為了提高主從設備之間數(shù)據(jù)交換效率和速率，開發(fā)了一種新的總線結構Avalon總線。Avalon總線是Nios II處理器內(nèi)部模塊和外圍設備數(shù)據(jù)交換的一座橋梁，模塊之間通過Avalon總線連接形成片上可編程系統(tǒng)SOPC。Avalon總線的特點是采用了分離的地址、數(shù)據(jù)和控制總線，沒有信號選擇電路，大大簡化了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹碗s性，提高了傳輸效率；Avalon總線上的信號是高低電平，這樣簡單的信號可以在總線上高效地傳輸[3]。PCI總線接口芯片CH365主要將高速復雜的PCI總線轉(zhuǎn)換成八位并行的數(shù)據(jù)線和地址線[4]，上位機驅(qū)動程序通過總線接口芯片CH365對雙口RAM共享存儲器進行讀寫。實現(xiàn)數(shù)據(jù)在FPGA和上位機之間雙向?qū)崟r地傳輸。圖1是Avalon總線和PCI總線接口芯片CH365通過共享存儲器雙口RAM進行數(shù)交換示意圖。說明：PCI總線接口芯片CH365將復雜的PCI總線轉(zhuǎn)換為八位數(shù)據(jù)線和地址線，圖1可以看出接口芯片CH365對雙口RAM的讀寫操作的總線是公用的，Avalon總線的讀寫數(shù)據(jù)線則是分開的，為了充分使用FPGA現(xiàn)有的片上存儲器資源，本文在設計單時鐘真雙端口RAM的時候需要對CH365的數(shù)據(jù)線進行一定的配置，使其符合FPGA自帶的存儲器的使用規(guī)則。這一特點也是設計雙口RAM的初衷之一和難點之一。由圖1可知整個系統(tǒng)只有一個時鐘clk，該時鐘來自于FPGA的系統(tǒng)時鐘，其作用是讓兩個CPU對雙口RAM有效有序的讀寫操作。rd＿mem＿by＿ch365和Wr＿mem＿by＿ch365分別是CH365對雙口RAM的讀寫使能信號。Write＿enable是Avalon總線的對雙口RAM的寫使能信號。

圖2將FPGA內(nèi)的存儲器做了一個清晰的分類。Altera公司開發(fā)的Cyclone IV EP4CE6E22C8N這款FPGA芯片具有嵌入式存儲器結構，這一特點滿足了該型號的FPGA對片上存儲器的需求。嵌入式存儲器的結構由一系列M9K存儲器模塊構成，對這些M9K存儲器模塊進行一定的配置，即可以實現(xiàn)各種各樣的存儲器功能，例如RAM、移位寄存器、ROM以及FIFO緩沖器。M9K存儲器具有很多特性，例如存儲器的每一個端口都具有獨立的讀使能和寫使能信號，在Packed模式下，M9K存儲器模塊可被分成兩個4.5K單端口RAM，同時具有可變端口配置模式等。存儲器根據(jù)讀寫端口的個數(shù)可以被配置成簡單雙端口和真雙端口模式。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]基于SOPC的電力電子控制技術研究[D]. 張穎.華北電力大學（河北） 2010



本文編號：2969255