基于FPGA的HSDI接口设计

开普勒L

摘要 HSDI是一种可配置的高速数据指挥通道。本文首先介绍两种高速数据接口HSDI A和HSDI B的硬件结构，随后介绍两种HSDI接口上信号的时序和功能操作，最后结合实例重点介绍如何采用FPGA实现HSDI接口的设计。
% I/ J) M- D# O: v. o# I　　关键词 HSDI FPGA VHDL

引 言
' S3 f8 a4 [# n, X  z+ a 　　 HSDI(High Speed Direct Injection)是一种可配置的高速数据接口。例如，德州仪器公司生产的集成式1394a链接层控制器与舣端口物理层控制器TSB43DA42和TSB43DB42分别包括3个高速数据端口(HSDI)。每个端口均支持数据I／O，能专门负责一个同步数据路径，所有端口都支持与各种编解码器的无缝连接，能够根据IEC61883标准实现压缩的A/V数据与数字音频的传输。还有就是Freescale公司计划开发的UWB系列产品。这些UWB网卡符合美国联邦通讯委员会(FCC)现行拟定的UWB标准，支持多种操作系统；同时，这些产品将拥有mini-PCI和SDIO模组外形结构，并且，还将具有PCI、mini-PCI、HSDI、PCI-Express、USB 2．0和IEEEl394等各种界面。下面就Freescale公司的一种UWB网卡上的HSDI接口作一介绍。

　　MC270143 MAC是Freescale公司UWB网卡XSllO上的一部分。它直接与基带控制器MC270123相连，当和MC270123控制器以及MC270113 RF发送器结合使用时，可以提供一种完全端到端的WPAN/WLAN芯片集解决方案，并具备低成本、低功耗和高速数据传输速率。

　　由于Freescale公司的UWB网卡遵循IEEE 802．15．3网络层协议标准，那么对于其上的HSDI接口，从主机来说，遵循IEEE 802．15．3协议标准的请求和响应消息是从HSDI的A口输入的，而确认和指示消息是从HSDI的B口输出给当地主机的；通过空中链路去往另一个UWB设备的数据信息，从HSDI的A口进入，另一个UWB设备从B口输出。在HSDI并行接口中，是以字节为单位来传输数据的，并且字节与字节之间没有延时。

1 HSDI接口硬件结构
; y5 h6 C' ^, @3 r! r9 V# Z　　图1为Freescale公司XSIlO网卡上MC270143模块的HSDI接口硬件结构框图。

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　　①HSDI A和HSDI B用于传输高速数据流或者命令和控制信号，它们支持传输同步或异步的数据流以及命令消息和相关的响应消息。HSDI A只能配置成输入接口，HSDI B只能配置成输出接口。HSDIA和HSDI B都是由8位并行端口和输入时钟以及相关控制信号组成的。
　　②每个FIFo的容量为512×32位。
2 J- Q. D! {$ r8 N　　③O_hsdiahalt信号用来阻止数据从HSDI A接口输入，O_hsdiahaltxin信号产生后MC270143最多还可以接收16字节的数据。也就是说，外部时钟必须在16个时钟周期之前产生O_hsdiahalt。
; _3 K  J4 e0 c, h2 [$ c( s　　④任何从MC270143接收输出数据的设备必须能够在产生I_hsdibhalt后再接收至少1 6字节的数据，也可配置MC270143上的HSDI B模块忽略产生I_hsdibhalt信号。

2 HSDl接口信号描述
( ], o0 F7 f' z6 Z1 v　　整个XSll0模块的外部接口主要为：输入是天线部分，输出是HSDI接口。接口(相对UWB网卡而言)说明如表l所列。

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　　HSDI接口可以配置成发送和接收定长／可变长度的数据包。定长数据包模式包括HSDI输入模式(HSDI A)和HSDI输出模式(HSDI B)：所有输入到HSDI接口的数据都是在hsdiclk的上升沿采样输入；输出数据在hsdi-clk的下降沿输出。相应的时序图如图2和图3所示。

　　说明：在定长和可变长数据包类型下，HSDI接口信号描述是相同的；惟一的不同在于，在可变长模式下，hsdisync信号与最后一个有效字节对齐，而在定长模式下与第一个有效字节对齐。
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3 基于FPGA实现HSDI接口的设计
  q+ j$ f( u# \! s" e2 o" A# K　　利用FPGA硬件处理速率高的特点，通过普通数据包的发送可实现发送端HSDI接口的设计，并把数据通过HSDI接口发送到UWB网卡，再由UWB网卡发送出去，随后由另外的UWB网卡接收相应的数据。

- P: y1 `" e  ]) H/ R　　发送端FPGA负责把数据打包并生成相应的数据有效信号和同步信号，然后通过HSDI接口发送给UWB网卡。FPGA与HSDI的接口定义如图4所示。

4 打包发送模块程序设计
& W; A  t, T- z( s　　由于USB网卡遵循IEEE 802．15．3网络层协议标准，考虑到发送端和接收端．做简单的应用层协议如下：

　　Data flg：数据段标志位，标志随后的为数据字节，以便对数据进行处理。
4 [$ K" s/ b+ d2 |. I, `　　首先，把包头信息定义好固化在1个11字节的表中，程序为：

   
　　其中：dataflg为x“FF”标志，随后的为数据信息，同时也说明数据信息的长度。
: y# M# Z) |& Z3 m- p+ m# F　　其次，按照HSDI传输格式，可以确定的是在发送hsclivalid、hsdisync、hsdidata信号的时候要用lasdiclk的下降沿送出，以保证网卡的正确采样。(VHDL程序见本刊网站www．mesnet．com．cn——编者注)
4 h  @% C0 `4 M" D' ^  P4 X　　①hsdidata数据信号的生成：将发送包的包头信息存放在一个固化的小表里(内部的自建存储器)。数据的打包发送主要由2个与时钟同步的计数器datacntl和datacnt2(hsdiclk下降沿产生)控制。datacntl为4位，控制发送11位包头信息，根据不同计数器的值决定发送包头信息位数据。发送到最后1位包头信息时。启动datacnt2计数，开始发送包数据，且发送的数据和计数器datacnt2的值是相等的，以确保接收端检测数据传输的正确性。
　　②hsdivalid信号的生成：由datacnt2来控制。hsdi-valic初始化为0，在计数器datacnt2记到x“FF”时为0，其他情况下为l即可标志一个包的有效数据位。
　　③hsdisync信号的生成：由datacntl来控制。hsdi-sync韧始化为0，由于采用的是定长数据包模式，所以在计数器记到x“00”时为1，标志包数据的第1位，其他情况下为0。modelsim仿真得到的时序如图5所示。QuartusⅡ仿真结果如图6所示。

5 结论
　　本文详细讨论了HSDI接口的硬件结构以及接口信号的时序和功能操作。结合FPGA高处理速度的特点，实现了基于FPGA的HSDI接口设计，最后结合实例成功地进行了仿真和验证，并在实际硬件平台上实现了发送和接收解析数据包。

　　信息：单片机及嵌入式系统应用

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HSDI A和HSDI B用于传输高速数据流或者命令和控制信号，它们支持传输同步或异步的数据流以及命令消息和相关的响应消息。HSDI A只能配置成输入接口，HSDI B只能配置成输出接口。HSDIA和HSDI B都是由8位并行端口和输入时钟以及相关控制信号组成的。