基于FPGA的光纤接口和CPCI总线通信

摘要

随着半导体技术的不断发展，在过去几十年来处理器性能得到了飞速的提高，这对于嵌入式系统的性能提高起到了巨大的推动作用，但是用于嵌入式系统内部互联的总线技术却并未得到相应的发展，导致总线越来越成为嵌入式系统性能提升的瓶颈。
　　本文基于某雷达信号处理系统，基于Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA设计了高速光纤通信接口，通信协议使用了RapidIO行业协会专为解决嵌入式系统互联总线速率不够的问题而开发的RapidIO协议，FPGA接收来自TS201S DSP的数据，在FPGA内进行事务包的装配与拆包，通过光纤进行收发，实现系统内部两块信号处理板之间的全双工通信。设计使用Verilog HDL语言进行开发，使用XilinxISE14.7进行综合，使用Modelsim进行仿真。
　　该雷达信号处理系统内部还需要实现信号处理板卡与主机板卡之间通过CPCI总线通信。CPCI总线是国际工业计算机制造者联合会（PICMG，PCIIndustrial Computer Manufacturers Group）提出的一种完全兼容PCI总线的接口标准。信号处理板卡与CPCI总线通过PLX公司的PCI9656桥接芯片连接，PCI9656桥接芯片的本地总线与FPGA连接，为了实现主机板与信号处理板的通信，首先需要在FPGA内设计PCI9656桥接芯片的本地总线接口，然后需要在主机端开发相应的驱动程序。驱动程序开发工具选择WinDriver，语言选择C++，操作系统为Windows Server2008。
　　高速光纤通信接口设计完成后，需要对其进行仿真验证和实际的调试测试。设计使用Modelsim对光纤接口各个模块进行前仿真和后仿真。软件仿真无误后就可以设计实际调试平台，对设计的通信接口进行测试，以验证设计的正确性，排除可能出现的错误，并测试设计的接口速度。CPCI总线通信设计完成后也需要进行实际的调试与测试。测试使用Chipscope观察FPGA内部信号，实际测试证明，高速光纤通信接口和CPCI总线通信设计正确。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3本文的主要研究内容

第2章 RapidIO互联技术

2.1 引言

2.2 RapidIO协议规范

2.3 流量控制

2.4 错误检测与恢复

2.5 本章小结

第3章 高速光纤通信接口实现

3.1 引言

3.2 GTP收发器

3.3 复位信号

3.4 TS201S接口模块

3.5 RapidIO上层协议

3.6 本章小结

第4章 接口调试与性能测试

4.1引言

4.2 模块的仿真验证

4.3 实际调试与性能测试

4.4 本章小结

第5章 CPCI总线通信设计

5.1 引言

5.2 PCI9656接口设计

5.3 FPGA接口设计

5.4 INF文件

5.5 PCI9656驱动程序

5.6 本章小结

第6章 驱动调试与性能测试

6.1 引言

6.2 存储器读写测试

6.3 DMA测试

6.4 稳定性和兼容性

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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