[實用新型]一種基于FPGA的總線型通信系統

有效

• 申請號: 201020616187.5
• 申請日: 2010-11-22
• 公開（公告）號: CN201878182U
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 孟小粟
• 申請（專利權）人: 四川九洲電器集團有限責任公司
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本實用新型涉及一種基于總線型LVDS的通信系統方案，以及利用FPGA芯片實現該系統核心模塊的設計方法。該方案可廣泛使用在高速通信領域，具有較高的應用價值。

背景技術

低壓差分信號LVDS（Low?Voltage?Differential?Signal）是由ANSI/TIA/EIA-644-1995定義的用于高速數據傳輸的物理層接口標準。它具有超高速（1.4Gb/s）、低功耗及低電磁輻射的特性，是在銅介質上實現千兆位級高速通信的優先方案；可用于服務器、可堆壘集線器、無線基站、ATM交換機及高分辨率顯示等等，也可用于通信系統的設計。BLVDS（Bus?LVDS）是LVDS技術在多點通信領域的擴展，要求附加總線仲裁設計、更大的驅動電流（10mA）和更好的阻抗匹配設計。

發明內容

本實用新型提供了一種基于總線型LVDS的通信系統的構建方案，以及如何利用FPGA芯片實現其核心模塊的設計方法。

目前，LVDS接口通信的設計，通常是在電路中使用各種專用芯片，如美國國家半導體公司的DS92LV16等。在本實用新型里，則采用FPGA芯片自行設計BLVDS內核及擴展部分。

相比之下，本實用新型的有益效果：

①?????可以大幅減少芯片數量，降低成本；

②?????縮小板卡尺寸，更加符合設備小型化的設計思想；

③?????提高系統可靠性，同時具有更大的靈活性和向后兼容性。

本實用新型所采用的技術方案：

通信系統由底板和若干通信子卡組成。底板由插槽、BLVDS總線、控制總線和地址總線組成。通信子卡由DSP、FPGA核心芯片及SRAM、PROM等外圍芯片和元件組成。DSP進行頂層控制和預處理等；FPGA用來搭建總線型LVDS（BLVDS）內核，進行信號處理等。其中DSP選用TI公司的TMS320f2812芯片，FPGA選用Xilinx公司的XC5VSX50T芯片。軟件開發主要使用了Xilinx?ISE?Design?Suite?10.1和Code?Composer?Studio3.3等工具軟件。

硬件設計要點：

①?????BLVDS信號的偏置電壓為1.25V，電壓擺幅只有350mV，傳輸速率≥100Mb/s；因此，電路板制作至關重要，要求至少使用四層板。

②?????為使干擾信號只以供模方式加到差分線對上（不影響數據正確性），要求差分線對間的距離盡可能小。BLVDS標準要求差分阻抗為100Ω，由公式：????????????????????????????????????????????????

給出。其中，為差分線對的差分阻抗，為印制板介電常數，δ為信號層到電源層的厚度，b為導線寬度。本電路選用的線距及線寬均為0.18mm。

③?????考慮到阻抗不匹配引起的信號反射和導線的電導效應，要求XC5VSX50T芯片的差分引腳盡可能地靠近子卡的邊緣連接器（≤1.52cm），并給每個差分引腳串聯一個20Ω的貼片電阻。

④?????電源方面：XC5VSX50T芯片上電時要求有大于500mA的驅動電流，同時，由于多個輸出引腳的電位快速變化，要求每對電源和地引腳都要良好旁路。

軟件設計概述：

①?????DSP程序設計

通信子卡內的DSP為系統級芯片，用來控制、預處理和接收數據。發送數據時，將待發數據依次寫入固定地址的RAM中，給FPGA送出待發標志；接收數據時，只需響應FPGA給出的中斷，從固定地址的RAM中的讀取代碼即可。

設計流程為：首先，編寫C語言代碼；然后先進行功能仿真，再聯入系統進行時序仿真調試：最后，將仿真通過的程序燒寫入DSP芯片。（使用的仿真器型號是TDS510）。

②?????FPGA程序設計

FPGA的設計中，發送及接收FIFO的設計用了雙口塊內存（Block?RAM），時鐘倍頻器用了延遲鎖定環（DLL）。幀編碼器包括一個長為256的計數器和一個四狀態的單熱點狀態機，用以產生同步幀和數據幀。幀解碼器由30位并行數據產生器、同步字檢測陣列和接收狀態機組成。串化器主要包括四個并入串出寄存器和三個雙數據速率寄存器，將并行數據轉化為串行數據，并以差分信號輸出。

設計流程為：首先，編寫VHDL語言程序，生成網絡表；然后進行功能仿真，功能仿真正確后，經過翻譯、映射、放置和布線、時序優化及配置過程，生成比特流文件；最后，進行時序仿真，仿真通過后下載到PROM中。（使用的是Xilinx公司的XCF32PVO48C型號的配置芯片）。