基于SCA规范下FPGA的硬件抽象层设计

文章摘要：为了简化上面的连接模型，这里引入了end-point的概念。即一条从HC出发，通过传输模块的路径被指定为一条逻辑通道。HC可使用HAL-C应用接口来访问endpoint，以发送和接收数据。HAL-C基层结构负责把数据通过逻辑信道移动到指定的endpoint，这就可以把以前HC开发者应该做的工作转移到硬件抽象层中来实现，从而使波形开发与硬件相关资源相分离。2 FPGA硬件抽象层连接接口SCA规范中使用了两种类型的接口：“provides”和“uses”。其中“provides”接口用来提供服务，“uses”接口用来使用这种服务。这种思想可被扩展应用到FPGA的组件级。也就是把一个由HAL-C基层

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　　为了简化上面的连接模型，这里引入了end-point的概念。即一条从HC出发，通过传输模块的路径被指定为一条逻辑通道。HC可使用HAL-C应用接口来访问endpoint，以发送和接收数据。HAL-C基层结构负责把数据通过逻辑信道移动到指定的endpoint，这就可以把以前HC开发者应该做的工作转移到硬件抽象层中来实现，从而使波形开发与硬件相关资源相分离。

　　2 FPGA硬件抽象层连接接口

　　SCA规范中使用了两种类型的接口：“provides”和“uses”。其中“provides”接口用来提供服务，“uses”接口用来使用这种服务。这种思想可被扩展应用到FPGA的组件级。也就是把一个由HAL-C基层结构向组件提供数据的接口定义为HAL-C基层结构的“provides”端口，然后由组件利用HAL-C基层结构的“uses”端口给其它组件提供数据。HAL-C API希望HC通过通用接口来发送和接收数据。在FPGA上，可使用source和sink来定义SCA中的这两种端口。这些接口通常以线路和信号的形式存在。

　　2.1 source接口

　　source接口用于从HC向HAL-C基层结构传递数据，它可根据硬件平台的实现来确定信息被发送到指定的HC中。source接口应当实现的信号如下：

　　clock：接口的同步时钟，所有信号均应与该时钟同步；

　　data：数据总线，其宽度可以是1，8，16，32，64位；

　　channel：与数据传输相关的逻辑通道号；

　　length：定义数据缓冲区中要传输的字节数，可用MAXBUFFERSIZE描述数据的最大长度；

　　write：传输数据的使能信号；

　　socketRequest：宽度为MAXSOURCESOCK-ETS的矢量，用于描述一个指定的逻辑信道接口正在请求访问sink的逻辑信道；

　　socketReady：宽度为MAXSINKSOCKETS的矢量所包含的一个流控制信号，用以应答source接口的请求信号。

　　source接口模块如图2所示。

　　2.2 sink接口

　　sink接口主要用于从HAL-C基层结构接收数据并送给HC。sink接口应当接收source接口输出的信号，它应当接收大小由length信号确定的数据。socketReady表示当sink接口从source接口接收数据时的宽度，该宽度为MAXSINKSOCKETS的矢量所包含的一个流控制信号，是为source端口应答的信号。

　　图3所示为sink接口模块图。

　　2.3 source和sink的典型应用模型

　　FPGA是硬件可编程设备，FPGA的内部功能模块可通过直接线路或总线相互连接。这意味着一个包含多个功能模块的FPGA内部体系可以被分解成分散的子模块，这些子模块可通过外部连接机制相互连接。图4所示是FPGA内部使用sink和source的典型模块图。

　　在FPGA上运行的波形组件，在设计时只需要按照HAL-C所定义好的格式设计好波形组件与HAL-C的交互即可。数据与其他模块间交互的具体过程可交给HAL-C去完成，即将与具体接口相关的工作交由HAL-C去完成。也就是说，在进行软件设计时不需要关心底层硬件模块能为软件设计提供怎样的具体端口形式，而只要硬件抽象层模块能够满足软件模块设计所需的数据传输速率就行。

　　3  在硬件平台上实现HAL-C应用

　　为实现SCA规范下的数字信号处理功能，可以设计一个通用硬件平台，其结构如图5所示。该方案以FPGA、DSP为信号处理平台的算法核心，以CPLD为结构的控制核心，从而构造一个具有通用性、可扩充、易升级的多功能信号处理平台。

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