基于TMS320C6455的高速SRIO接口設計

引 言

數字信號處理技術(shù)已廣泛應用于通信、雷達、聲納、遙感、圖形圖像處理和語(yǔ)音處理等領(lǐng)域。隨著(zhù)現代科技的發(fā)展，尤其是半導體工藝的進(jìn)入深亞微米時(shí)代，新的功能強勁的高性能數字信號處理器(DSP)也相繼推出，如ADI（美國模擬器件）公司的TigerSHARC系列和TI（德州儀器）公司的C6000系列，但是，要實(shí)現對運算量和實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高的DSP 算法，如對基于分數階傅立葉變換的Chirp信號檢測與估計，合成孔徑雷達(SAR)成像，高頻地波雷達中的自適應濾波和自適應波束形成等算法，單片 DSP 仍然顯得力不從心。這些挑戰主要涉及兩個(gè)主題：一是計算能力，指設備、板卡和系統中分別可用的處理資源。采用多DSP、多FPGA系統，將是提高運算能力的一個(gè)有效途徑。二是連接性，從本質(zhì)上說(shuō)就是實(shí)現不同設備、板卡和系統之間的“快速”數據轉移。對于一些復雜的信息系統，對海量數據傳輸的實(shí)時(shí)性提出了苛刻的要求，多DSP之間、DSP與高速AD采集系統、DSP與FPGA間的高速數據傳輸，是影響信號處理流程的主要瓶頸之一。TI公司最新推出的高性能 TMS320C6455（下文稱(chēng)C6455）處理器，具有高速運算能力的同時(shí)集成了高速串行接口SRIO，方便多DSP以及DSP與FPGA之間的數據傳輸，在一定程度上滿(mǎn)足了高速實(shí)時(shí)處理和傳輸的要求。本文在多DSP+FPGA通用信號處理平臺的基礎上，深入研究了多DSP間，DSP與FPGA間的SRIO的數據通信和加載技術(shù)的軟硬件設計與實(shí)現。這些技術(shù)包括了目前SRIO接口的各種應用方式，可作為SRIO接口及C6455開(kāi)發(fā)提供參考[1-3]。

1 C6455特性及SRIO標準介紹

C6455是目前單片處理能力最強的新型高性能定點(diǎn)DSP，它是TI 公司基于第三代先進(jìn)VeloviTI VLIW(超長(cháng)指令字)結構開(kāi)發(fā)出來(lái)的新產(chǎn)品。最高主頻為1.2GHz，16位定點(diǎn)處理能力為9600MMAC/s。C6455建立在增強型C64x+ DSP內核基礎之上，代碼尺寸平均縮短了20%至30%，周期效率提高了20%。C6455不僅是內核的增強和運算速度的提升，相比以前的芯片，集成了豐富的外圍接口，如千兆以太網(wǎng)控制器，66 MHz PCI總線(xiàn)接口，最重要的是增加了新的外設接口SRIO，全雙工工作時(shí)，四個(gè)端口峰值速率每秒高達25 Gbits，解決了DSP高速數據傳輸的瓶頸，降低了開(kāi)發(fā)多處理器系統的難度[4-5]。

RapidIO是新一代高速互連技術(shù)，已于2004年被國際標準化組織(ISO)和國際電工協(xié)會(huì )(IEC)批準為ISO/IEC DIS 18372標準。RapidIO互連定義包括兩類(lèi)技術(shù)：面向高性能微處理器及系統互連的Parallel RapidIO接口；面向串行背板、DSP和相關(guān)串行控制平面應用的Serial RapidIO接口。SRIO支持編程模型包括基本存儲器映射IO事務(wù)、基于端口的消息傳遞和基于硬件一致性的全局共享分布式處理器。

SRIO互連架構是一個(gè)開(kāi)放的標準，滿(mǎn)足了嵌入式基礎實(shí)施在應用方面的廣泛需要?？尚械膽冒ǘ嗵幚砥?、存儲器、網(wǎng)絡(luò )設備中的存儲器映射I/O器件、存儲子系統和通用計算平臺。這一互連技術(shù)主要作為系統內部互連，支持芯片到芯片和板到板的通信，可以實(shí)現從1Gbps到60Gbps的性能水平，在高速互連方面將會(huì )有廣闊的發(fā)展前景[6]。
2 C6455間的SRIO通信

2.1 C6455間的接口互連

C6455內嵌了SRIO模塊，擁有4個(gè)全雙工的port（端口），支持SRIO 1x/4x串行協(xié)議。每個(gè)port支持1.25Gbps、2.5Gbps、3.125Gbps的波特率，每個(gè)port可以單獨構成1x模式，也可以四個(gè) port共同構成4x模式。SRIO采用的是CML（電流型邏輯）電平，布線(xiàn)時(shí)必須遵循布線(xiàn)約束。為了最小化來(lái)自接收方100歐終端電阻的反射，差分對應該具有50歐的阻抗，并且差分走線(xiàn)必須等長(cháng)。在接收端串接耦合電容，隔離直流偏置。圖1是兩片C6455之間SRIO接口設計。

2.2 包格式

SRIO的傳輸操作是基于請求和響應機制，包（packet）是系統中端點(diǎn)器件的通信單元。圖2是一次傳輸操作的流程圖。首先由發(fā)起者產(chǎn)生一個(gè)傳輸請求，請求包被傳輸到相鄰的交換器件，從而進(jìn)入交換結構，通過(guò)交換機構這個(gè)完整的請求包被轉發(fā)到目標器件。目標器件根據請求完成相應操作后，發(fā)送相應的響應包，經(jīng)過(guò)交換機構傳回到發(fā)起者。此時(shí)一個(gè)完整的傳輸過(guò)程完成。

SRIO有三個(gè)層的協(xié)議共同組成，每層協(xié)議在包中都有體現。圖3給出典型的請求包和響應包的包格式示意圖。

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