专利名称：嵌入式信号处理平台的处理器内外数据交换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种处理器内外数据交换系统，具体是指一种嵌入式信号处理平台的 处理器内外数据交换系统，它主要用于嵌入式红外信号处理平台中直接互连的处理器内外 数据交换。
背景技术：
伴随着在设计上小型化、低功耗的趋势，越来越多的人希望能够在单颗芯片上实 现尽可能多的功能。SOPC(可编程片上系统)作为一种特殊的嵌入式处理器系统，结合了嵌 入式系统和FPGA (可编程逻辑门阵列)的优点，具有更灵活的设计方式，且具备软硬件在系 统可编程的能力。并且半导体工艺的日新月异，使得红外探测器帧频越来越快、面阵越来越 大，波段越来越多，这就直接导致数据量急剧增加。这就对嵌入式红外信号处理平台提出了 更高的技术要求。针对这种情况，在红外信息与信号处理领域，采取一种有效的方法解决大 数据量在嵌入式处理器内外交换问题必然有着十分广泛的应用前景。数据在嵌入式处理器内外交换是指将外部的数据通过一定的方法导入嵌入式系 统的内存中参与算法运算，并且将运算结果再送到外部下一级处理设备。传统的方法是先 将外部数据存入外部存储器，然后通过挂在系统总线上的EMC (外部存储器控制器)模块读 取外部存储器并写入系统内存中，使用EMC的主要原因是EMC模块一端符合片上总线规范 可以和直接总线连接，另一端可以直接控制外部存储器，使用时操作方便。其缺陷在于系统 开销较大，数个总线周期才能转化为一次存储器的读写操作，并且需要额外开销其他外部 硬件资源。其结构框图如附图1。对红外探测高分辨率和多光谱的应用需求，促使了红外焦平面器件的迅速发展， 其面阵尺寸越来越大和光谱维越来越多。需要处理的数据量也在不断的增加，嵌入式系统 进行信息与信号处理，必须先将外部数据源导入内存，因此寻找一种实用快速的嵌入式系 统内外数据收发方法，对于满足当前的需求有重要意义。
发明内容
本发明的目的，在于开发一种嵌入式信号处理平台嵌入式处理器的快速数据收发 系统，解决了嵌入式信号处理平台处理器内外数据交换问题。本系统如图2所示是一个片上系统，系统的主要组成部分包含在一块FPGA内部， 由微处理器、内存、自定义收发模块以及DMA(直接储存器存取)控制器组成。可以直接和 外部数据连接的自定义收发模块挂靠在内部总线上，同样微处理器，内存和DMA(直接储存 器存取)控制器以及其他外设也连接在内部总线上。这样直接将外部数据流连接到嵌入式 片上系统，配合自行开发的中断管理模块，外部数据可直接送至嵌入式处理器，去除了传统 方法中不必要的数据转存步骤，简化传输流程，提高传输效率，从而实现了快速高效的嵌入 式系统内外部数据交流，以及满足各种不同格式的外部数据需求。本系统的自定义收发模块，是本系统的发明特点所在，具体包括自主开发的数据收发编解码模块和中断管理模块，以及现有的总线接口模块。其结构框图如图3所示。将 数据收发编解码模块和中断管理模块连接到总线接口模块与片上总线直接连接，获得总线 指令，完成控制通信。其中数据收发编解码模块工作流图如图4所示，本模块根据外部数据流格式自定 义编写。接收数据时，首先缓存外部数据流，然后从数据流解码得到有效数据的二进制格 式，并将其按指定顺序送入总线接口 FIFO，等待总线指令读取，写入内存。发送数据时，首先 从总线接口 FIFO得到有效数据的二进制格式，并按照外部数据格式要求将其编码为输出 数据块，然后将离散的数据块缓存为连续的数据流，送出系统。其中中断管理模块工作流图如图5所示，编写中断管理模块实现中断管理。当解 析得到外部数据流有效时，产生中断信号并生成中断源标识号，然后将中断信号和中断源 标识号一起送入总线接口，产生中断通知嵌入式微处理器接收数据。处理器获得中断后启 动DMA控制器接收外部数据。本系统的总工作流程是，首先外部数据流进入自定义收发模块，数据解码和转存 后进入总线接口模块，中断管理模块则负责产生中断通知DMA控制器接收数据进入内存， 则可以对内存中的数据进行处理，数据收发和数据处理过程可流水作业。当数据处理完成 需要送出结果时，首先嵌入式处理器发出总线命令，通知自定义收发模块有内部数据从总 线到来，同时将总线交由DMA控制，将数据从内存传输到自定义收发模块的接口缓存，自定 义收发模块则根据需求将数据编码，形成数据流送至片外。本发明特征在于(1)外部数据直接注入嵌入式片上系统，通过自定义数据收发模块直接与片上总 线互连。(2)使用自定义接口的数据收发模块，根据外部数据格式定义接口及收发逻辑，可 根据需求随时更换。本发明的优势在于(1)数据流程简捷，既节约了硬件资源，又在很大程度上减少了系统的时序开销。(2)可以满足各种不同格式的外部数据流，更大程度满足设计的灵活性，结构简单 易于实现。
图1是传统方法结构框图。图2是本方法系统结构框图。图3是数据收发模块内部结构图。图4是数据收发格式编解码模块工作流图。图5是中断管理模块工作流图。
具体实施例方式本发明的一个实施例如下在一个嵌入式红外信号处理平台上实施，主要硬件环境是FPGA器件采用 XILINX公司的XC5VFX70T-FF1136-1可编程逻辑器件，嵌入式处理器采用器件内部硬核PowerPC440处理器。系统参考时钟100MHZ，处理器时钟300MHZ (最高400MHZ)，总线时钟 125MHZ。在片Memory64KB，系统内存DDR2_SDRAM256MB。系统总线PLB_v4. 6版。外部数据 源采用红外大面阵数字仿真视频流，其格式为面阵512X512，帧频可自定义。测试结果表 明，当DMA传输开启后第一个总线周期被系统开销掉，以后每个总线周期可以完成一次数 据操作，实验中总线的线宽为32bit，总线满载传输的数据最大片上速率为125MHZX32bit =4000Mbit/s，可满足本实验外部数据流进入内存的传输要求。当PLB总线线宽为128bit 时达到数据片上速率的理论最大值125MHZX128bit，为16000Mbit/s。考虑到信号完整性 和外部数据流信号的传输要求，本实验未对此做进一步验证。本方法可以满足大多数高帧 频大面阵红外探测器的数据通信速度要求，且系统构建简洁易实现，有很大的应用前景。
权利要求
一种嵌入式信号处理平台的处理器内外数据交换系统，它由微处理器、内存、自定义收发模块以及直接储存器存取控制器组成，其特征在于所述的由数据收发编解码模块、中断管理模块，以及现有的总线接口模块组成的自定义收发模块、微处理器、内存和直接储存器存取控制器连接在FPGA内部总线上；来自外部的数据流进入自定义收发模块，数据解码和转存后进入总线接口模块，中断管理模块则负责产生中断通知直接储存器存取控制器接收数据进入内存，对内存中的数据进行处理；当数据处理完成需要送出结果时，首先嵌入式处理器发出总线命令，通知自定义收发模块有内部数据从总线到来，同时将总线交由直接储存器存取控制器控制，将数据从内存传输到自定义收发模块的接口缓存，自定义收发模块则根据需求将数据编码，形成数据流送至片外。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式信号处理平台的处理器内外数据交换系统，其特 征在于，所述的自定义收发模块中的数据收发编解码模块的工作流程为接收数据时，首先 缓存外部数据流，然后从数据流解码得到有效数据的二进制格式，并将其按指定顺序送入 总线接口 FIFO，等待总线指令读取，写入内存。发送数据时，首先从总线接口 FIFO得到有效 数据的二进制格式，并按照外部数据格式要求将其编码为输出数据块，然后将离散的数据 块缓存为连续的数据流，送出系统。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式信号处理平台的处理器内外数据交换系统，其特 征在于，所述的自定义收发模块中的中断管理模块工作流程为当解析得到外部数据流有 效时，产生中断信号并生成中断源标识号，然后将中断信号和中断源标识号一起送入总线 接口，产生中断通知嵌入式微处理器接收数据。
全文摘要
本发明公开了一种嵌入式信号处理平台的处理器内外数据交换方法。它主要应用于基于可编程逻辑的嵌入式信号处理平台的内外部数据交换。本发明采用的技术方案包括硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括根据外部数据格式自行开发的数据收发模块，并将其挂在总线上作为外围设备之一。软件部分主要包括中断处理和DMA(直接存储器存取)传输。本发明的优势在于，利用FPGA(现场可编程逻辑阵列)内自行开发的数据收发模块，通过与嵌入式系统总线互连，实现处理器内存和外部数据的交换。从而有效地简化外部数据进出内存的步骤，节省资源，并且可以显著提高数据交换速率，满足高帧频和多波段红外图像数据量大的需求。
文档编号G06F13/40GK101937415SQ20101028601
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者孔军, 张涌, 李丹, 汤心溢, 赵佳 申请人:中国科学院上海技术物理研究所