基于FPGA的SDX總線(xiàn)與Wishbone總線(xiàn)接口設計

摘要 針對機載信息采集系統可靠性、數據管理高效性以及硬件成本的需求，介紹了基于硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL設計的SDX總線(xiàn)與Wishbo ne總線(xiàn)接口轉化的設計與實(shí)現，并通過(guò)Modelsim進(jìn)行功能仿真，在QuartusⅡ軟件平臺上綜合，最終在A(yíng)ltera公司的CycloneⅢ系列FPGA上調試。實(shí)驗證明了設計的可行性。
關(guān)鍵詞 Ver4log HDL；SDX總線(xiàn)；Wishbone總線(xiàn)；Modelsim；QuanusⅡ

隨著(zhù)微電子設計技術(shù)與工藝的迅速發(fā)展，數字集成電路逐步發(fā)展到專(zhuān)用集成電路(ASIC)，其中超大規模、高速、低功耗的新型FPGA的出現，降低了產(chǎn)品的成本，提高了系統的可靠性。同時(shí)，各種電子產(chǎn)品的復雜度和現代化程度的要求也逐步提高，文中針對機載信息采集系統的可靠性、數據管理的高效性以及硬件成本的需求。設計實(shí)現了與Wishbone總線(xiàn)SDX總線(xiàn)的接口轉化，完成了數據采集功能模塊與SDX總線(xiàn)協(xié)議之間的數據傳輸。
該設計主要采用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL在可編程邏輯器件FPGA上實(shí)現，由于數據采集功能模塊繁多，而Wishbone總線(xiàn)可以與任何類(lèi)型的ROM或RAM相連，因此需在SDX總線(xiàn)與數據采集模塊中嵌入Wishbone總線(xiàn)，使得整體設計簡(jiǎn)單、靈活，且數據能夠高效、快速的傳輸。

1 SDX總線(xiàn)協(xié)議
1．1 SDX總線(xiàn)結構
SDX總線(xiàn)屬于非平衡配置的點(diǎn)對點(diǎn)和多點(diǎn)鏈路，站點(diǎn)類(lèi)型分為主站和從站，其數據傳輸方式為非平衡配置的指令／響應方式。與國際標準化組織ISO制定的開(kāi)放系統互聯(lián)模型OSI／RM相比，參考模型只分為3層：物理層、數據鏈路層和應用層，如圖1所示。

1．2 字格式及其各位場(chǎng)的含義
SDX總線(xiàn)采用面向消息的傳輸控制規程作為通信協(xié)議，選用曼徹斯特Ⅱ雙相電平編碼，總線(xiàn)最大傳輸速率20 Mbit·s-1，字長(cháng)為20位?？偩€(xiàn)傳輸速率20 Mbit·s-1時(shí)，每字占1μs。規定每次傳輸一個(gè)消息的過(guò)程應包括指令字、數據字和狀態(tài)字幾個(gè)部分。每種字的字長(cháng)為20位，有效信息位為16位，每個(gè)字的前3位為單字的同步字頭，而最后一位是奇偶校驗位。同步字頭的作用是標識每個(gè)字的開(kāi)始，起字同步作用。奇偶校驗采用奇校驗，在發(fā)送端對16位有效位補齊，而在接收端進(jìn)行奇校，用于檢驗字傳輸中有無(wú)錯誤。需要指明的是：無(wú)論是何種字類(lèi)型，各場(chǎng)的數據總是高位(MSB)傳輸在先。
(1)指令字結構。
指令字只能由主站發(fā)送，它的內容指明主站要與哪個(gè)從站對話(huà)，規定了該次數據傳輸的地址方向和服務(wù)類(lèi)型。其格式如圖2所示。

方向和服務(wù)類(lèi)型
1～3位：同步字頭(SYN)，前1．5位為101，后1．5位為000時(shí)標識指令字或狀態(tài)字。
4～13位：10 bit遠程模塊地址(RA[9：0])，全“0”時(shí)為廣播地址，其余為各遠程模塊地址。
14位：讀寫(xiě)控制位R。該位為“1”時(shí)，表明主站要從被尋址的從站中讀取數據；為“0”時(shí)，表明主站要從被尋址的從站中寫(xiě)入數據。
15～18位：當RA[9：0]為非全“0”時(shí)，EP[3：0]有效。需要強調的是：當RA[9：0]為非全“0”，端點(diǎn)地址為全“0”時(shí)，該地址為從站的系統管理訪(fǎng)問(wèn)地址。
19位：狀態(tài)字指示位S，當該位為“0”時(shí)，表明有效字為指令字；當該位為“1”時(shí)，表明有效字為狀態(tài)字。
20位：奇偶校驗位(P)，該字的奇偶校驗位，奇校驗有效。
(2)數據字結構。
數據字既可以由主站傳送到從站，也可以由從站傳送到主站。數據字的格式如圖3所示。

1～3位：前1．5位為101，后1．5位為111時(shí)標識數據字。
4～19位：16 bit長(cháng)數據(DATA[15：0])，高位(MSB)傳輸在先。
20位：奇偶校驗位(P)，該字的奇偶校驗位，奇校驗有效。