前言
目前衛(wèi)星技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)方面。通訊衛(wèi)星,，氣象衛(wèi)星以及遙感衛(wèi)星,，科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星等與人們的生活密切相關(guān)。衛(wèi)星所收集的大量數(shù)據(jù)資料能否及時(shí)準(zhǔn)確地下傳,、接收和存儲(chǔ)是衛(wèi)星技術(shù)的一個(gè)重要方面,。其傳送過(guò)程如圖1所示。
從衛(wèi)星上高速下傳的數(shù)據(jù)由地面衛(wèi)星接收站轉(zhuǎn)發(fā)為基帶信號(hào),，通過(guò)光纜傳送至數(shù)據(jù)中心,，速度可達(dá)上百兆波特率，要求系統(tǒng)正確接收,，經(jīng)過(guò)同步和預(yù)處理,，然后存入計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，供數(shù)據(jù)中心使用,。其特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)下傳速度高，數(shù)據(jù)量大,，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),，并且要求具有差錯(cuò)控制功能。而本文介紹了為了滿足此要求而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)接收和存儲(chǔ)系統(tǒng).
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)接收和存儲(chǔ)系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)接收和預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳送,，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等部分,。本文主要介紹CPLD，PCI總線結(jié)構(gòu),，總線控制器PCI9054,。其系統(tǒng)組成如圖2所示。
基帶串行信號(hào)由復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換,，變?yōu)?位數(shù)據(jù)信號(hào)后根據(jù)編碼方式找到同步幀,，并進(jìn)行預(yù)處理，然后傳到先入先出存儲(chǔ)器FIFO, 在邏輯控制下將數(shù)據(jù)送入PCI總線控制器PCI9054,由9054采用DMA突發(fā)方式傳輸至內(nèi)存,，再存儲(chǔ)到RAID磁盤陣列,。
采用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)可大大減少?gòu)?fù)雜的控制，通過(guò)VHDL語(yǔ)言即可靈活設(shè)置控制邏輯,。而且隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,，可編程邏輯器件的發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已達(dá)到數(shù)十萬(wàn)門,，速度<1ns(管腳之間),。由于高速電路設(shè)計(jì)中的干擾問(wèn)題非常嚴(yán)重，因此要盡可能地減少線路設(shè)計(jì),，所以采用CPLD不僅可滿足系統(tǒng)要求的復(fù)雜的邏輯關(guān)系,，而且可大大減少布線干擾，調(diào)試和更改也非常方便,，是今后邏輯控制的發(fā)展方向,。在本系統(tǒng)中，CPLD不僅實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換和同步的功能,，同時(shí)還用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)入FIFO以及由FIFO傳入PCI9054的傳輸控制邏輯,，中斷邏輯以及主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸通道的前端控制。
在總線結(jié)構(gòu)上,，由于數(shù)據(jù)傳輸速度高,，以往的ISA總線不能滿足要求(ISA總線最大傳輸速度5MB/S)，必須采用更快的PCI總線結(jié)構(gòu),。PCI總線協(xié)議是Intel公司1992年提出的,，為滿足高速數(shù)據(jù)輸入/輸出要求而設(shè)計(jì)的一種低成本，高性能的局部總線協(xié)議,。它是一種獨(dú)立于處理器的總線結(jié)構(gòu),，具有32位或64位的復(fù)用的數(shù)據(jù)地址總線，總線上的設(shè)備可以以系統(tǒng)總線的速度在相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，或直接訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)存,，可以達(dá)到132MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率(64位則性能加倍)。采用PCI接口的設(shè)備必須滿足PCI接口規(guī)范V2.2標(biāo)準(zhǔn)。
PCI 總線結(jié)構(gòu)具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn),，但其總線規(guī)范十分復(fù)雜,，要求非常嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，接口的設(shè)計(jì)難度較大,。因此,，為了減少PCI總線在實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)雜性，許多公司設(shè)計(jì)出了專門針對(duì)PCI總線接口的控制芯片,。PCI9054就是其中比較先進(jìn)的一種,。PCI9054是PLX公司推出的一種33M, 32位PCI接口控制器，可同時(shí)支持3.3V和5V兩種信號(hào)環(huán)境,，并且具有電源管理功能,。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
它提供了三種物理總線接口：PCI總線接口,，LOCAL總線接口,，及串行EPROM接口。
LOCAL總線的數(shù)據(jù)寬度為32位,，時(shí)鐘頻率可達(dá)到50MHZ, 并且支持?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)取功能,。 9054的LOCAL總線與PCI總線之間數(shù)據(jù)傳輸有三種方式：主模式(Direct Master)，從模式(Direct Slave),，DMA方式,。其內(nèi)部具有兩個(gè)DMA數(shù)據(jù)通道，雙向數(shù)據(jù)通路上各有6個(gè)FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖,，可同時(shí)進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送,。8個(gè)32位Maibox寄存器可為雙向數(shù)據(jù)通路提供消息傳送。9054還有2個(gè)32位Doorbell寄存器,，用來(lái)在PCI和Local總線上產(chǎn)生中斷,。
用戶通過(guò)設(shè)置其內(nèi)部寄存器，即可完成各種控制功能,。9054內(nèi)部寄存器的配置信息可以寫在一片串行EPROM中,，在加電時(shí)9054自動(dòng)加載串行EPROM配置信息，并由PCIBIOS通過(guò)PCI總線對(duì)配置寄存器讀寫,。9054可方便地與各種存儲(chǔ)設(shè)備相連接,，在本設(shè)計(jì)中，它與FIFO及EPROM的設(shè)計(jì)接口如圖4所示,。在本系統(tǒng)中,，數(shù)據(jù)傳輸是單方向的，因此只設(shè)計(jì)PCI9504從FIFO中讀數(shù)據(jù)的情況,，只用到與讀FIFO有關(guān)的信號(hào),，如REN，RCLK等,。其中的CPLD邏輯關(guān)系如下：
REN平時(shí)為高電平(無(wú)效電平),，當(dāng)ADS#為低(有效)，BLAST為高(無(wú)效),，LW/R為低(有效)時(shí),，表明9054開始了一個(gè)有效的讀數(shù)據(jù)周期，CPLD產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)REN(有效電平)給FIFO,，同時(shí)作為Ready信號(hào)返回給9054,，通知9054設(shè)備已準(zhǔn)備就緒。此信號(hào)持續(xù)到ADS#為高(無(wú)效)且BLAST為低(有效)時(shí),，表明9054已經(jīng)開始最后一個(gè)周期,，此時(shí)REN信號(hào)再次變高電平(無(wú)效)。
OE信號(hào)與REN信號(hào)可同樣設(shè)置,，在讀信號(hào)允許的同時(shí)使能FIFO芯片,。
本設(shè)計(jì)中采用了PCI9054的DMA工作方式，在此方式下,，9054作為PCI總線的主設(shè)備,，同時(shí)也是Local總線的控制者，通過(guò)設(shè)置其DMA控制器內(nèi)部的寄存器即可實(shí)現(xiàn)兩總線之間的數(shù)據(jù)傳送,。表1顯示了與DMA傳輸相關(guān)的寄存器在PCI總線上的地址分配：
PCI9054的DMA傳輸過(guò)程可由以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：
1．設(shè)置方式寄存器：設(shè)置DMA通道的傳輸方式,，寄存器DMAMODE0或者DMAMODE1的位9:0-表示塊傳輸，1-表示散/聚傳輸,；
2．設(shè)置PCI地址寄存器：設(shè)置PCI總線側(cè)的地址空間,。
3．設(shè)置LOCAL地址寄存器：設(shè)置LOCAL總線側(cè)的地址空間。
4．設(shè)置傳輸計(jì)數(shù)寄存器：以字節(jié)位單位設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)量,。
5．設(shè)置描述寄存器：設(shè)置DMA傳輸?shù)姆较?；在?聚方式下，位0表示傳輸參數(shù)的加載地址,，0-PCI地址,，1-Local地址； 位1表示傳輸鏈結(jié)束,，0-未結(jié)束,，1-結(jié)束；位2設(shè)置當(dāng)前塊傳輸結(jié)束后中斷,；位3指示DMA的傳輸方向,，0-從PCI總線到Local總線，1-從Local總線到PCI總線,；高28位[31:4]表示傳輸參數(shù)表的地址指針,。
6．設(shè)置命令/狀態(tài)寄存器：?jiǎn)?dòng)或停止DMA操作,，并讀此寄存器返回DMA狀態(tài) 。
通過(guò)PCI9054的DMA傳輸方式,，高速數(shù)據(jù)可以較容易地實(shí)現(xiàn)從PCI接口板上傳入計(jì)算機(jī),，不必考慮PCI總線接口的實(shí)現(xiàn)，從而大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)中的復(fù)雜度,，加快了設(shè)計(jì)周期,。
結(jié)語(yǔ)
隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，要求的數(shù)據(jù)傳輸速率將會(huì)越來(lái)越高,，CPLD技術(shù)和PCI總線將會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)中,，PCI9054總線控制器有著較高的性能/價(jià)格比，將來(lái)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛