松耦合式可编程复杂SoC的设计实现

　　AMBA总线是一种应用广泛的层次化总线结构，有高速的AHB和低速APB之分，其中AHB是一种流水式高速总线结构，地址和数据总线相互独立，可挂载16个Master和Slaver设备，常用来组织和连接高性能模块，如处理器、DMA控制器、协处理器等[5~7]。AHB总线的核心是AHB控制器，主要包括仲裁器，译码器和多路复用器，其中仲裁器选择AHB Master，而译码器选择AHB Slave，实现写数据WDATA和读数据RDATA分开，如图3所示。

　　DMA控制器

　　DMA是指设备直接对计算机存储器进行读写操作的方式。这种方式下数据的读写无需CPU执行指令，也不经过CPU内部寄存器，而是利用系统的数据总线直接在源地址和目的地址之间传送数据，达到极高的传输速率。DMA控制器一方面可以接管总线，即可以像CPU一样视为总线的主设备，这是DMA与其它外设最根本的区别;另一方面，作为一个I/O器件，其DMA控制功能正式通过初始化编程来设置。当CPU对其写入或读出时，它又和其它的外设一样成为总线的从属设备。本文中为了实现DMA和AHB密切配合，即启动DMA后大量原始数据通过AHB总线从数据存储器进入Speed模块，需要DMA控制器内部包含AHB Master模块，如图4所示。另外需要说明的是，LEON3为了实现AHB上设备的plugplay需要在0xFFFFF000-0xFFFFF800地址空间添加设备信息[8~9]，所以DMA 控制器和Speed协处理器亦要如此，以便LEON3的软硬件协调一致。在C语言实现DMA时，向DMA的控制寄存器写入相应的信息，即可启动DMA传输，如图5所示。

　　图4 DMA与AHB Master的关系

　　图5 启动DMA的C代码示意

　　Speed的AHB接口

　　为了使Speed可以顺利接收LEON3传送过来的控制字或DMA传送过来的原始数据，需要在原有的Speed core模块顶层添加AHB Slaver协议来接收AHB上传送的数据，以及产生相应波形的HDL代码来将C程序的信息生成Speed所能识别的信号波形进入Speed模块内部，即从图6中的控制字，转化成图7中的时序。

　　图6 C语言描述的Speed控制字

　　图7 Speed core所需的配置时序

　　同理于控制字，滤波系数和原始数据的输入亦需要一定的HDL代码来实现指令或数据向时序图的转化，其本质相当于译码，实现起来难度不大，此处就不再累述。Speed处理后数据通过状态信号(zero_flag)下降沿触发LEON3的中断响应，实现向外部存储器的输出，此过程和数据输入类似。