TS101S型DSP与PCI总线的简易接口设计

1 引言

dsp+pci数字信号处理方案可利用pc的强大功能实现对dsp的操作控制、数据分析和操作监视等。例如系统无需再有专门的人机界面（如键盘、监视屏），只需将数据上传至pc中显示即可。也可将pc作为主控机实现对数据流上下行的控制和工作模式选择等。dsp+pci方案能充分满足数字图像、语音处理、高速实时数据处理等领域的应用，为dsp系统的低成本实现提供了解决方案。

本系统采用美国analog device公司的高性能tiger sharc 101s（简称ts101s）作为主处理器。ts101s处理器劫持32bit和64bit浮点，以及8、16、32和64bit定点处理。它的静态超量结构使其每周期能执行多达4条指令，进行24个16bit定点运算和6个浮点运行。其内部有3条相互独立的128bit宽数据总线，每条连接3个2mbit内部存储块中的一个，提供4字节的数据、指令、i/o访问和14.4gbyte/s的内部存储带宽。以300mhz时钟运行时，其内核指令周期为3.3ns。在发挥其单指令多数据特点后，ts101s每秒可以进行了24亿次40bitmac运算或6亿次80bitmac运算。以300mhz时钟运行时，完成1024点复数fft（基2）仅需32.78μs，1024点输入50抽头fir需91.67μs。ts101s有强大的链路口传输功能，每个链路口传输速度达到250mbyte/s。总的链路数据率达1gbyte/s(4个链路口)，超过了外部口的传输速率（800mbyte/s）。

3 pci介绍

pci（peripheral component interconnect）总线是一种不依附于某个具体处理器的高性能局部总线，因此开发pci设备可独立于处理器，具体由一个桥接电路（pci桥）实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口数据传送。可以把pci桥描述为实现通用总线与pci总线的地址映射、协议转换、数据缓存等功能的逻辑接口。

3．1 pci桥的实现

开发者可以根据pci总线规范所定义的电气特性、时序要求来进行接口设计。一种方式是使用可编程逻辑器件（fpga/cpld）根据实际需要的功能来设计，这种方式的成本低、灵活性高，但需要对pci总线协议有充分的掌握，或者需要生产可编程逻辑器件的厂商提供pci接口功能模块。由于pci总线的规范较复杂，一般用户都会选择专用的pci接口电路，无需详细理解底层的pci总线协议，而只理解到应用层即可。因此，本文介绍的系统采用后一种方案，pci接口电路采用现在市场上使用较普通的plx公司的pci9054。

3．2 pci9054

pci9054采用先进的plx数据流水线结构技术，是32位、33mhz的pci总线主i/o加速器，符合pci本地总线规范2.2版，有m、c、j三种模式。针对不同的处理器及局总线特性可选，尽量减少中间逻辑；具有可选的串行e2prom接口，本地总线时钟可和pci时钟异步。pci9054内部有6种可编程的fifo，以实现零等待突发传输及本地总线和pci总线之间的异步操作，支持主模式、从模式、dma传输方式，功能强大，可应用于适配卡和嵌入式系统。

4 dsp+pci应用实例

dsp+pci数字信号处理系统的组成如图1所示。模块信号先输入模/数转换器，然后经过由cpld锁存数据到dsp1，经链路口到dsp2，数据处理完后再通过pci9054把数据传到pc。此外cpld还作为pci9054与ts101s的接口逻辑转换。采用pci9054与单个ts101s之间放置双口ram作为缓存的接口方式。dsp采用eprom加载方案。

本系统的特点是以尽量简单的方式来实现系统功能，因此采用了dsp间链路的口互连方式，这样一来，每对链路口互连仅需10条信号线，而采用总线互连方式时需超过100条信号线，可大大简化pcb板的复杂度。二个dsp间保留2个链路通道，总数据速率可达500mbyte/s。路口互连是adsp系统的特有功能，也是adsp处理器能以低成本组成多片高性能信号处理机的主要原因。

4．1 ts101s与pci9054的接口

由于ts101s没有专门的pci接口，而pci9054也仅在m模式下才能实现与mpc850或power quicc等motrola电路的无缝连接，因此，ts101s与pci9054之间需要可编程逻辑器件进行逻辑转换。出于对研制周期的考虑，采用一种较为简便的通信方式：在dsp与pci桥间插入一个双口ram，双口ram一端的地址数据线接isi101s，另一端的地址数据线接pci9054。通过双口ram转换数据，并作为公共访问缓冲区。这样，pci桥与dsp之间的访问成为间接，可以大大削弹对pci的时序要求，dsp与pci之间只需少量的信号通过cpld来实现逻辑转换，而无需总线仲裁，这种方式的时序简单，控制信号较少，dsp与cpld编程简单，应用更为方便。双口ram的型号为idt70261，容量为16k