利用EPLD實現(xiàn)TMS320C5402與SDRAM接口

出處：一級菜鳥發(fā)布于：2007-05-25 13:09:15

摘要：介紹了基于電可擦除可編程邏輯器件 EPLD，用VHDL語言設計實現(xiàn)的TMS320C5402與
SDRAM的接口電路。
關鍵詞：電可擦除可編程邏輯器件數(shù)字信號處理器同步動態(tài)隨機存儲器接口電路 VHDL

在多媒體應用中，多媒體信息絕大部分是視頻數(shù)據和音頻數(shù)據，而數(shù)字化的視頻數(shù)據和音頻數(shù)據的數(shù)據量是非常龐大的。為了能夠及時完整地處理前端采集的數(shù)據，一般系統(tǒng)都采用高速DSP和大容量緩沖存儲器，且緩沖存儲器一般選用同步動態(tài)隨機存儲器(SDRAM)。由于DSP不能直接與SDRAM接口，而且SDRAM控制時序比較復雜，因此本文介紹如何利用電可擦除可編程邏輯器件實現(xiàn)TMS320C5402與SDRAM的接口。

1 SDRAM結構和命令
SDRAM是一種具有同步接口的高速動態(tài)隨機存儲器，本文選用的是Samsung公司512K×16Bit×2組的KM416S1120D。SDRAM的同步接口和內部流水線結構允許存儲外部高速數(shù)據，其內部結構框圖如所示。

SDRAM的所有輸入和輸出都與系統(tǒng)時鐘CLK上升沿同步，并且由輸入信號RAS、CAS、WE組合產生SDRAM控制命令，其基本的控制命令如表1所示。

在具體操作SDRAM時，首先必須通過MRS命令設置模式寄存器，以便確定SDRAM的列地址延遲、突發(fā)類型、突發(fā)長度等工作模式；再通過ACT命令激活對應地址的組，同時輸入行地址；然后通過RD或WR命令輸入列地址，將相應數(shù)據讀出或寫入對應的地址；操作完成后用PCH命令或BT命令中止讀或寫操作。在沒有操作的時候，每32ms必須用ARF命令刷新數(shù)據(2048行)，防止數(shù)據丟失。

2 FLEX10K系列EPLD特點
FLEX10K系列EPLD是工業(yè)界個嵌入式的可編程邏輯器件，主要由嵌入式陣列塊(EAB)、邏輯陣列塊(LAB)、快速布線通道(FastTrack)和I/O單元組成，具有如下特點：
(1)片上集成了實現(xiàn)宏函數(shù)的嵌入式陣列和實現(xiàn)普通函數(shù)的邏輯陣列；
(2)具有10000～250000個可用門；
(3)支持多電壓I/O接口，遵守PCI總線規(guī)定，內帶JTAG邊界掃描測試電路；
(4)可快速預測連線延時的快速通道連續(xù)式布線結構；
(5)多達6個全局時鐘信號和4個全局清除信號；
(6)增強功能的I/O引腳，每個引腳都有一個獨立的三態(tài)輸出使能控制，都有漏極開路選擇。

3 TMS320C5402和SDRAM接口設計
TMS320C5402和SDRAM接口電路方框圖如所示。

命令接口主要對DSP送來的SDRAM的地址和操作命令進行解碼(命令編碼見表1)；刷新控制主要對SDRAM數(shù)據刷新進行計時，確保32ms刷新2048行數(shù)據；仲裁電路主要對讀寫命令和刷新命令進行仲裁，杜絕同時操作，防止數(shù)據丟失；命令產生器主要用來產生控制SDRAM的各種時序，完成SDRAM的讀、寫和刷新，同時控制FIFO的讀、寫操作；FIFO是DSP與SDRAM之間的數(shù)據通道，深度為256，其作用是充分利用SDRAM的突發(fā)讀寫功能，提高系統(tǒng)速度，同時簡化DSP軟件設計。

3.1 命令接口和刷新控制電路設計
命令接口電路主要由命令寄存器、命令譯碼器、SDRAM行列地址鎖存器、模式寄存器組成。其中命令寄存器映射為DSP的I/O空間0001H，SDRAM行和列地址鎖存器分別映射為DSP的I/O空間0002H和0003H，模式寄存器映射為DSP的I/O空間0004H，具體控制命令和I/O地址分配如表2、表3所示。

DSP每次進行讀、寫操作時，首先向其I/O空間0002H和0003H寫入SDRAM行和列地址，然后向I/O空間0001H寫入控制命令，命令譯碼器根據命令寄存器中命令，譯碼后向仲裁電路發(fā)出讀寫請求。
刷新控制電路主要由1562計數(shù)器構成。由于TMS320C5402時鐘頻率為100MHz，SDRAM要求在32ms之內刷新2048行數(shù)據，因此該計數(shù)器計數(shù)值應小于：
32ms/2048/0.01μs＝1562.5。當計數(shù)器計滿1562次時，刷新控制電路向仲裁電路發(fā)出刷新要求。
3.2 仲裁電路和命令產生器設計
仲裁電路接收命令接口模塊解碼的命令和刷新控制模塊的刷新請求，產生適當?shù)目刂泼?，其中刷新請求的?yōu)先級較高。當來自DSP的命令和來自刷新控制模塊的刷新請求同時到達時，則首先執(zhí)行刷新操作，然后執(zhí)行來自DSP的命令。這樣可以防止SDRAM的數(shù)據丟失。由此可知，仲裁電路實質上是一個優(yōu)先級選擇器。
命令產生器主要產生SDRAM讀、寫和刷新的控制時序(具體時序可見參考文獻1)以及FIFO的讀寫控制信號，用以對SDRAM進行各種操作，其實質上是一個Mealy型狀態(tài)機，利用VHDL語言可以很方便地實現(xiàn)，其狀態(tài)轉移圖如所示。

3.3 FIFO設計
FIFO電路是DSP與SDRAM進行數(shù)據交換的通道，通過FIFO電路可以很好地實現(xiàn)DSP對SDRAM的讀寫。FIFO電路被映射為DSP的I/O空間0000H(見表2)，DSP對SDRAM的每次讀或寫，都對DSP的I/O空間0000H操作，簡化了DSP軟件設計。利用FLEX10K系列EPLD內部嵌入式陣列塊(EAB)和參數(shù)化模塊庫(LPM)，可以很快地構造出256×16的FIFO電路，F(xiàn)IFO的設計比較簡單。VHDL描述具體如下(注意在程序開始處添加LPM庫)：
FIFO256 CSFIFO
GENERIC MAP LPM_WIDTH ＜＝ 16；LPM_NUM－
WORDS ＜＝ 256??；

PORT MAP data ＜＝ LPM_WIDTH-1 DOWNTO 0　；
wreq ＜＝ wr；rreq ＜＝ rd；
clock ＜＝ clk50；clockx2 ＜＝ clk100；
clr ＜＝ clr；sclr ＜＝ sclr；
empty ＜＝ empty；full ＜＝ full；
q＜＝qLPM_WIDTH-1 DOWNTO 0　　；
由于EPLD通用、高速及價廉的特點，因此具有很好的實際應用前景，尤其適用于需要大容量高速緩沖存儲器的多媒體應用。