一种高效的DSP与FPGA的数据交换结构设计
DesignofanEffectiveStructureofDSPandFPGADataExchange
（ChengduAirplaneDesignResearchInstitute，Chengdu610064，China）
摘要：常规DSP与FPGA构架系统中，在进行数据交换时，由于DSP资源过多的被占用来进行数据处理和准备，增加软件执行时间，从而导
致系统整体的执行效率下降。为了提高DSP结合FPGA构架系统的执行效率，本文设计了一种高效的DSP与FPGA数据交换结构，该结构结合
FPGA并行处理的特点，FPGA内部完成对外部数据进行分类、解码、转换处理，从而提高了DSP的执行效率。
Abstract：IntheconventionalDSPandFPGAarchitecturesystems,whenmakingdataexchange,becausetheDSPresourcesareoccupiedtoomuchfordataprocessingandpreparation,thesoftwareexecutiontimeisincreasing,resultinginthedeclineofexecutionefficiencyofthewholesystem.ToimprovetheexecutionefficiencyoftheDSPandFPGAarchitecturesystem,wedesignaefficientdataexchangearchitectureofDSPandFPGA,whichcombinesthecharacteristicsofparallelprocesscombiningwithFPGA,FPGAmakeclassifyingdecoding,conversionprocessforexternaldata,therebyimprovingexecutionefficiencyoftheDSP.
关键词：FPGA;DSP;数据交换
KeywordsFPGA;DSP;dataexchange
0引言在通信、测控、信息采集处理领域，常常采用DSP和FPGA结合的硬件结构进行数据存取与交换。在该结构中，通常采用的方法是用DSP的外部扩展地址总线，数据总线和控制总线直接与FPGA连接，从而进行数据交换，这种方法具有结构简单，直接的优点，但随着整个处理系统任务量的增加，处理信息的种类和数量也随之大量增加，采用这样的构架系统使用的简单直连方式，将不在适用，因为会导致DSP花费更多的资源进行数据分类和预处理，从而降低DSP在其他算法方面的处理时间，导致整个DSP的执行效率下降。
随着FPGA技术的飞速发展，FPGA器件在很多领域都有广泛的应用，尤其在数据并行处理中，发挥着越来越多的性能和作用。本文提出了一种高效率的DSP与FPGA数据处理交换结构，针对DSP和FPGA常规结构中进行数据交换时大量占用DSP资源的特点进行改进设计，在该数据交换结构中，将数据的分类，处理等工作在FPGA内部实现，使DSP可以按照地址分段的方式将整理好的数据进行直接读写，省去DSP进行数据处理和分类的工作。
1数据交换结构的总体设计
图1是常规的数据交换结构中，采用具有单一数据源的数据交换方式，DSP通过地址总线和数据总线直接与FPGA进行读写操作，数据在DSP内部进行处理，之后再进行算法计算和控制计算。由于数据单一，DSP在进行数据读写和预处理时占用的资源较少，对系统整体的执行效率影响小。
DSP算法控制
数据分类数据处理
地址总线数据总线控制总线
FPGA
单一数据源
DSP算法控制
地址总线数据总线控制总线
FPGA数据分类
通信1通信2控制信号
数据处理
AD采集
图2多数据源数据交换原理图
是控制信号，处理模块就将其转换为DSP可识别的控制指令存入到RAM块中，如果输入是A/D采集信号，处理模块将控制A/D采集芯片，读取A/D采集的数据存入RAM中。
地址总线数据总线控制总线
地
址数据译码
FPGA
通信1解码与RAM通信2解码与RAM控制信号转换与RAMAD采集与RAM
通信1通信2控制信号AD采集
图3数据交换结构的FPGA实现原理框图
本设计采用XILINXSPARTAN2芯片进行设计验证，地址分配译码电路仿真如图4所示。图中X_CE是DSP的片选使能信号，X_EA为DSP地址总线，从仿真可以看出，不同的地址段对应不同RAM块，由FPGA整理好的数据，DSP直接访问不同的地址段可以直接获得，说明改进的设计方案可以提高该构架的数据交换执行效率。
图1单一数据源数据交换原理图
在多类型数据源数据同时处理的情况下，如果交换方式还是采
用上述方法，则占用DSP资源较多，会对整个效率产生影响。针对DSP资源占用过多的情况，图2采用了改进设计，在该设计中，由FPGA将数据转换为DSP可直接引入计算的标准32位数据，将不同类型的数据按照地址段进行存储。
2数据交换结构的FPGA实现
图3是数据交换结构的FPGA实现原理框图，在FPGA内部，对应DSP的每一个地址段都对应有相应的RAM存储块，在RAM块的后端是数据处理模块。如果接收的是通信信号，处理模块将根据通信协议进行信号解码，之后将数据存入RAM块中，如果接收的
图4地址分配译码电路仿真图
3结束语
本文针对常规DSP与FPGA构架中数据交换时存在的缺点，提出了一种改进的数据交换结构，可以提高DSP和FPGA系统的整体执行效率，通过实验仿真验证，证明了该结构的有效性，为该构架提供了一个较为有效的解决方案。
参考文献：
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[1]黄涛，程鑫.FPGA在高速高精运动控制系统中的应用.武汉理工大学
学报，2007，29（2）.
[2]刘岩俊，闫海霞等.基于DSP与FPGA的HDLC协议通讯电路设计，2009，32（6）.
李小文.SPI接口及其在数据交换中的应用，2007，40（11）.[3]杨美刚，
[4]梁永生，寇建辉等.基于DSP与FPGA的通信控制系统的设计.科技论坛.
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