基于USB协议的DSP高速上位机接口设计

摘要：弹载信号处理机的系统需要、简便的机实现大数据量的变量实时监控和在线程序加载功能。以其简单、与通用的优势成为优选。介绍一种芯片(CY7C68013A)和FPGA实现的A-TS101扩展接口的方法，该方法利用的Link-port接口，以DMA方式进行数据交换，目前该已成熟、可靠地应用于某弹载信号处理系统。
关键词：USB；DSP Linkport；PC机接口；高速数据交换

0 引言
ADI公司的DSP器件(ADSP-TS101)具有浮点实时处理能力强、并行性好等优点，从而广泛被弹载信号处理系统选用。其作为弹载主处理器，在导弹的系统试验中，需要利用机对其中的大数据量的软件变量进行实时监控和记录，这就需要一个上行传输给机的高速通信接口，数据上行的数据率需要大于6 MB／s。同时这个通信接口还需具有双向特性，通过数据下行可实现在线程序加载与烧写。这样的通信接口，还需具备设备连接简单、通用性强等特性，并能实现远程(大于3m)数据传输。
ADSP-TS101自身的外总线接口和链路口(Linkport接口)，虽速度很快，但连接复杂，难以长线传输，并不具备上述需求特征。可以通过在DSP的Linkport总线接口上增加FPGA实现的适配电路，扩展USB 2．0接口，实现上述应用需求。下文将介绍具体的实现方案。

1 系统总体方案
系统实现的总体方案如图1所示。

在本方案中，USB接口芯片选用Cypress公司的CY7C68013A。该芯片是Cypress公司FX2系列USB 2．0集成微控制器之一。集成了USB 2．0收发器、SIE、增强8051微控制器和GPIF，是一种优秀的高速USB外设控制器。内置的8051微控制器独立于USB数据通道，由SIE实现大部分USB 1．1和USB 2．0；USB FIFO和外部从FIFO映射到相同的8个512 B RAM模块，实现内部传输和外部传输的无缝连接，可以较低的代价获得较高的带宽；8．5 KB内部RAM空间，可运行较为复杂的固件，实现软件对硬件的配置。GPIF是由用户可编程有限状态机驱动的柔性8／16位并行口，可编程GPIF向量组成一个GPIF波形，匹配受控接口的时序。
ADSP-TS101作为弹载主DSP芯片，含4个链路口，每个链路口可在时钟双沿以8位进行双向数据传输，速率高达250 MB／s。通过该接口，DSP每个处理帧将预观测的变量结果以DMA的方式打包向上位机发送。
FPGA实现ADSP-TS101的Linkport接口与CY7C68013A之间的双向数据缓冲和接口转换。考虑到CY7C68013A中的FIFO容量较DSP的一个处理帧预发送或接收的数据量较小，故在FPGA中设置上行和下行各一个大容量FIFO，用于数据缓冲，以减少对DSP中并行流水运行的程序的打扰。这里，由于DSP链路口的瞬时数据率远高于USB芯片的传输速率(理论上限为60 MB／s)，故FIFO的DSP端口的数据传输为：一个处理帧只操作一次，而USB芯片端则分成多次操作。
限于篇幅，下文将重点对传输数据率要求高、难度大的上行通道的设计进行详细描述。