SPI-4.2和SPI-3协议桥在FPGA上的实现

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1、第一章FPGA与高速传输第一节引言在许多通讯系统中，数据必须在不同的协议下传输。SPI一3(SystemPacketInterface，Level3)提供了一个数据链路层的接口，在oC48(2488．32Mb／s)的数据率上进行数据传输。SPI一4．2(SystemPacketInterface，Level4Phase2)是在oCl92(9953．28Mb／s)的数据率上进行数据传输。当用户需要在这两种协议中交互数据时，必须设计一个工作在这两种协议间的桥。在早期的协议交换设计中，ASIC(Appl

2、icationSpecificIntegratedCircuit)是常用的解决方案。然而ASIC芯片在流片后是不能灵活修改其功能。因此它无法满足不同用户的特定设计需求。同时，在高速通讯电路设计中，ASCI设计无法在片内实现多信道拓展。如何提高协议交换设计的灵活性和多样性，以方便满足用户的各种特定需求，就是本论文所解决的关键问题。本论文提出基于FPGA(FieldProgra唧ableGateArray)通用逻辑器件的解决方案。FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL(Progra加mableLog

3、icDevice)、GAL(GenericArrayLogic)、EPLD(ErasableProgrammableLogicDevice)等可编程器件的基础上进一步发展的产物。过去，FPGA由于成本过高，多用于ASIC产品的验证。然而近年来，随着半导体工艺的不断进步，FPGA成本的进一步降低。与此同时，芯片掩膜版的价格却在不断增加，这使得FPGA的价格具有了竞争性(相比于ASIC)，因此，FPGA被越来越多的用于量产。VCD、手机等都采用了数字化技术。采用数字化技术有其独特的优点。对于采用数字化

4、计数的纯硬件系统，常采用标准单元逻辑电路、可编程逻辑器件或专用集成电路。标准单元逻辑电路系统的工作速度快，但用标准单元逻辑电路实现的系统的可靠性、体积、重量、功耗等均不能令人满意，而采用可编程器件和专用集成电路的系统的应用日益扩大。对于用户定制电路，我们可以将其分为全定制电路和半定制电路。所谓全定制电路，是指按规定的功能、性能要求，对电路的结构布局、布线均进行专门的最优化设计，以达到芯片的最佳利用。半定制电路则由厂家提供一定规格的功能块，如门阵列、标准单元、可编程逻辑器件等，按用户要求利用专门设计

5、的软件进行必要的连线，从而设计出所需要的专用集成电路。现在常见的半定制电路有CPLD(ComplexProg均mmableLogicDevice)和FPGA：●复杂可编程逻辑器件CPLD，基本结构为与或阵列，由简单可编程逻辑器件(SPLD，SiInpleProgrammableLogicDevice)发展而来。·现场可编程门阵列FPGA(FiledProg阳mmableGa：teA11ray)，基本结构为查找表，由门阵列电路发展而来。专用集成电路(ASIC)采用硬接线的固定模式，而现场可编程门阵列

6、(FPGA)则采用可配置芯片的方法，二者差别迥异。可编程器件是目前的新生力量，混合技术也将在未来发挥作用。FPGA即现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA的使用非常灵活，同一片FPGA通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低，FPGA还将进入更多的应用领域。2诸多优势

7、：掩模和其它制造步骤。gineeriI培)-与ASIC设计有关的成本。●缩短了设计周期．由于软件可以处理很多布线、布局和实现问题。·更加可预测的项目周期．由于消除了可能的re—spill、晶圆容量等。·现场可重编程能力．可以远程上传的新比特流。其中最大的优势，就是设计灵活；因为FPGA是半定制的，所以用户可以在芯片上做各种设计或者随时修改。因为利用软件来实现，FPGA的设计周期要大大地小于ASIC的设计周期，调试时也只需要直接下载，无需再度流片，所以节约了设计时间，也节省了工程师的设计成本[12】

8、。另外，现在的FPGA正在加入越来越多的功能模块，从块存储器到乘法器，甚至于各种的嵌入式处理器，内嵌的以太网模块，PCIExpress模块，这使得FPGA的功能越来越强大，性能也绝不亚于ASIC。并且FPGA的成本价格也在不断下降，将对ASIC挑起巨大的挑战[15】。3第三节XilinxFPGA结构现场可编程逻门阵列FPGA不仅具有规则的基本单元电路，还具有布线资源，但这些基本单元电路和布线须由用户根据逻辑功能的要求加以定义。除此之外，FPGA还具有输入输出单元以便用户定义输入输出