基于FPGA的通信信号处理的设计与实现

林芳媛

摘 要：介绍了一种FPGA（现场可编程门阵列）平台上的通信信号处理方法，该方法具有快捷、简单、可靠的特点，能够实现数据的快速处理，具有较强的灵活性与或扩展性，在数据处理与信号处理中的应用前景非常广阔。本文主要对FPGA信号处理设计的要点及实现方法进行简单分析。

关键词：FPGA 信号处理 设计 实现

中图分类号：TN96 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0061-01

一般通信信号处理中，通过各种算法来实现，包含可编程信号处理器或专用DSP芯片等，但是这些处理方法的处理速度相对比较慢，而且需要很多辅助器件来支持。而完全符合要求的芯片需要专门定制，增加的费用，存在一定的风险问题。而采用FPGA能够对这些问题有效的解决，在不改变外围电路的情况下，通过内逻辑实现不同电路的功能，而且FPGA具有强大的开发功能，逐步成为复杂数字硬件电路设计中的理想选择。

1 硬件总体设计

通信卡一般采用的是32位PCI接口，在3.3 V信号环境下与主机进行数据通信，而通信卡之间采用光纤通信，速率能够达到1.25 Gbit/s。通信卡包含SFP光收发模块、FPGA、电源模块、时钟产生模块、CPCI接口及ISP配置PROM等。

2 EDK模块设计

在Virtex-II Pro器件内部构建处理器硬核为中心的计算机应用系统，然后在FPGA内部进行总线架构、地址译码、数据存储、外设接口等，每一个部件都以IP核形式进行连接。

JTAG调试接口在FPGA内部连接JTAG链与处理器核，FPGA内各模块的输入输出及复位信号由复位模块控制；通过OPB总线和PLB总线，处理器与外设IP核连接，OPB-PLB桥将OPB总线和PLB总线连接在一起，实现二者之间的通信；为了将用户的程序存储起来，系统采用PLB总线块RAM，PC机串口之间通过异步收发机（URAT）连接，实现串口之间的通信，除此以外，通信数据还存储于两个OPB总线块BRAM中，其中光纤通信模块接收的数据存储于接收存储器中，而光纤通信模块待发送的数据存储于发送存储器中，两个RAM都采用双接口RAM模块，一端与串行通信模块连接，一端与OPB总线连接，两块RAM内的数据可以通过PCI-OPB桥直接访问。

PCI-OPB桥的应用方式包含两种：主桥与从桥方式。作为主桥时，PCI桥对PCI总线完全控制，系统作为主机直接连接到PCI总线，开始对PCI设备进行初始化配置。而作为从桥时，系统通电后，主机对PCI总线及设备进行扫描，然后配置PCI-OPB桥寄存器，完成初始化配置。PCI-OPB桥的操作方式可以通过修改参数来改变。OPB总线地址与PCI总线地址之间的转换时，PCI桥作为一个设备与总线连接，主机分配器三个缓冲区，通过缓冲区实现对PCI设备的数据传输。在PCI-OPB桥上设置地质变换寄存器，一个PCI地址传输过来以后，低位地址比便，高位地址被寄存器内地址替换，形成OPB总线侧地址，最终对OPB总线上的RAM进行访问，反之同样。

3 光纤通信模块设计

通过对FPGA器件内嵌入RocketIO实现光纤通信，RocketIO是一种成熟的高速串行收发器，具有时钟数据恢复功能，每一个RocketIO支持多个信道数据传输速率，还可以利用通道绑定功能，进行更高速率的传输。RocketIO模块包含物理介质接入层、物理编码子层，集成了串化器、解串器等功能，还具有可编程能力。

基于Aurora协议及高速串行接口IP核，实现Aurora IP核，该核内嵌RocketIO模块，在其内部实现了Aurora协议，提供灵活的用户接口。在对该IP核进行使用的时候，用户可以将复杂的结构转换为简单用户接口，实现数据的收发。Aurora IP核包含NFC流控制、LocalLink接口、时钟输入、时钟修正、UFC流控制、状态控制、RocketIO收发器等基本构造。其中，LocalLink接口实现了帧方式与流方式传输；时钟输入与修正为该核提供必需的时钟及修正功能，防止时钟误差造成传输错误；NFC流控制实现链路层传输的流控制；状态信息是对该核的工作状态进行显示，控制信息能够对该核进行控制。

两个存储器主要满足数据的存储要求，实现对收发数据的读写。状态机是对两个存储器之间状态转换的设备，其转换过程如图1所示。Aurora核的主要功能是对待发送数据进行封装为数据包以后通过RocketIO发送出去。两台主机进行通信时，包含接收数据与发送数据这两个过程，数据传输时，接收与发送存储器具有数据缓冲区的功能。

4 结语

文章主要针对FPGA内部嵌入RocketIO与Aurora核实现光纤通信信号处理的设计方法，并通过对EDK集成开发工具的应用，以及FPGA内嵌PC机的方式，生成整个系统，由于芯片具有可编程的特点，在以后的开发过程中，可以根据数据处理过程中，根据不同的设计要求，来选择不同的软件及硬件实现方案，表明了系统的具有较高的灵活性，在实践应用中，是一种处理信号快速、使用的方法。

参考文献

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[2] 闵小平，陆达，洪鸿榕.基于现场可编程门阵列的高速光纤通信的实现[J].厦门大学学报（自然科学版），2007（15）.

[3] 李进，李忠.采用FPGA的集群通信移动终端设计方案的研究[J].电子产品世界，2011（10）.endprint