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基于FPGA和DSP的1394b双向数据传输系统

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  3 1394b数据传输系统的数据流向
  由于1394b总线标准支持等时子事务和异步子事务两类子事务，因此，其传输的数据类型分为等时数据和异步数据，等时传输将数量不定的数据按照规定的时间间隔向某个地址发送，对实时性要求较高，不需要返回确认信号；而异步传输是将数据传送到特定的地址，对数据传输的准确性要求较高，需要接收端以多次握手的方式发送返回确认信号。在本系统中由DVD播放器发送的数据经图像压缩板压缩后由SPI口传入FPGA，或者由摄像头发送的数据经过A／D转换，再由FPGA的通用I／O口送入FPGA，两者均为等时数据；而一些控制命令等异步数据则由串口送入FPGA，并经过DSP进行处理，DSP和FPGA相结合可以提高数据传输的效率。FPGA实现数据的串并转换以及数据的拼接并对数据打包成符合1394b协议的数据包类型以及配置数据包的包头信息，经过读／写FIFO并在外部的SRAM进行缓存，通过DMA仲裁模块进行仲裁处理，用DMA这一快速数据传输机制将数据写入PCI9054的FIFO中。PCI9054作为一种桥接芯片，在本地总线和PCI总线之间提供信息传递，通过PCI9054芯片将本地端数据总线标准转换成能被1394b链路层芯片传输的PCI总线数据标准，再通过1394b的链路层芯片实现对等时和异步数据包的地址和信道号的解码、数据校验、数据分析等，最后由物理层芯片通过仲裁逻辑实现对总线的存取，并对本地节点要发送的数据进行编码，由物理层芯片提供的电气和机械接口将数据位发送到与之相连的1394b线缆上去，最终送入接有1394b板卡的主机进行DVD发送的数据解压缩和播放，以便对摄像头发送的视频进行播放以及异步数据的显示等操作。读出的数据则由接有1394b板卡的主机发送，并通过1394b物理层芯片、1394b链路层芯片、FPGA、外部SRAM等进行数据处理，根据数据包类型由相应的端口送出去，在这期间与发送数据相比进行贴片电感了相反的操作，这样就实现了1394b双向数据传输系统。
  FPGA作为整个系统的控制管理模块，主要完成以下任务：
  (1)对SPI端口、UART端口和AD／DA端口数据的发送和接收；
  (2)将待发送的数据进行串并转换和数据拼接；
  (3)将数据进行打包、解包处理并通过SRAM进行数据的缓存；
  (4)与PCI9054芯片进行通信，以完成数据的传送。
  本系统中DSP的主要功能是：
  (1)与PCI9054芯片和1394b链路层芯片通信实现设备的自举和身份的确认；
  (2)发送和接收功率电感一些控制命令，控制数据的传输；
  (3)实现异步数据的发送和接收功能，根据异步请求数据的类型对其进行相应的处理；
  (4)为等时传输申请等时信道和带宽，传输后释放所申请的信道和带宽。

  

  
  图3所示是系统中FPGA的内部框图，由于数据传输速率较快，数据的处理需要一定的时间，不能将每一差模电感器组数据无间断的传输，且FPGA内部FIFO容量有限，采用SRAM与FPGA相结合完成输入输出数据的缓存；DSP实现一些辅助的操作如对异步数据的处理、配置PCI9054芯片的内部寄存器和1394b链路层寄存器等操作以及PCI的传输控制、设备识别、为等时传输申请信道和带宽等；EPCS串行配置芯片实现配置数据的存储，使系统上电后将配置数据自动下载到FPGA内部，同时可以用FLASH存储器存放DSP用户代码，在DSP上电工作后，利用DSP提供的boot机制，再将程序下载到DSP RAM中，使本系统实现脱机工作。
  
  4 1394b的系统工作流程
  1394b总线的配置是自动进行的，它不受任何设备和主机的干扰。总线配置过程主要有三个步骤：
  (1)总线初始化；
  (2)自标识；
  (3)树标识。
  在这三个过程之后，整个系统在逻辑上形成了太诱电感树状拓扑结构，每个节点都被赋予了一个节点号并都发出节点说明信息。总线的初始化过程如下：
  (1)设备识别：设备识别可通过E2PROM来完成；
  (2)分配I／O空间和Memory空间；
  (3)配置PCI9054的DMA寄存器；
  (4)对1394b链路层和物理层芯片进行配置。
  由于1394b OHCI(Open Host Control Interface Specification)协议是13差模电感94b串行总线链路层协议的一种实现方式。1394bOHCI协议规定1394b的等时传输和异步传输均为DMA方式，所以需要对PCI9054的DMA寄存器进行配置。PCI9054中有两个独立的通道采用DMA方式传输数据可以不受主机的干预，同时采用突发方式传输数据可以提高数据的传输速率，同时也可以充分发挥PCI总线的性能。

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