基于FPGA的高速串行传输交换系统的设计与实现

摘要

在雷达、气象、地震预报、航空航天、通信等领域里,现场信号具有重要的作用,这些信号的主要特点是：实时性强,数据速率高,数据量大。各类高速串行传输技术在这些领域得到广泛应用。本文针对高速串行数据传输领域的相关技术进行分析,然后针对工程需要设计了一套高速串行传输交换系统。在FPGA平台上,采用PCIExpress和RapidIO两种先进的高速串行传输技术,并实现这两种技术之间的转换,达到较高的性能指标,取得了良好的使用效果。
　　 本文首先研究了PCI Express和RapidIO两种基于包格式的传输协议,在研究的基础上提出了基于两种协议之间转换的高速串行交换模块的总体设计思路,并在FPGA实现中该设计思路。详细论述了各模块的功能、主要端口信号。总结出设计中的技术难点,包括在FPGA中实现PCI Express接口中的包重发机制、短周期复位方法,RapidIO协议到PCI Express协议的转换的原理,PCI Express的DMA读写设计原理等。完成对高速串行传输交换模块的性能测试,测试结果表明该模块能实现高带宽、低延迟。针对数据地面转存交换系统和卫星地面接收交换系统的数据传输的特点,提出了两个交换系统的数据传输流程,实现了流程中的所有的FPGA程序的设计,并对FPGA程序的内部结构和数据处理流程进行了详细的论述。分析了实际项目应用中,高速串行传输交换系统在应用中的不同特点。通过这两个工程实践的验证,充分说明高速串行交换模块在实现高带宽上的技术特点。