基于EPLD設(shè)計(jì)的基站中頻系統(tǒng)

秦文麗

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于EPLD器件的基站中頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了ALTERA公司的MAXII系列中的EPM1270芯片。首先簡(jiǎn)單介紹了EPLD的接口特點(diǎn)，隨后對(duì)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件和軟件兩方面都做了詳細(xì)論述。硬件部分給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，軟件部分主要由固件設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)三部分組成。

關(guān)鍵詞：EPLD；MPC875；WD2；復(fù)位；告警

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）10-0146-03

1 概述

隨著電子行業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的運(yùn)用越來越普遍，用EPLD（ Erasable Programmable Logic Device）開發(fā)新產(chǎn)品是當(dāng)前很多實(shí)際情況的需求。本文詳細(xì)描述了EPLD在基站上中頻板卡上所實(shí)現(xiàn)的功能及接口信號(hào)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)方案

基站上面有一塊IFU板（中頻板），負(fù)責(zé)發(fā)射信號(hào)。中頻板上有一片EPLD可擦除可編輯邏輯器件，稱為IFRCE（IFU Reset，Control/Configuration，ioExpander），采用EPM1270芯片實(shí)現(xiàn)，屬于ALTERA公司的MAXII系列。

IFRCE主要實(shí)現(xiàn)IFU板的復(fù)位控制、FPGA（Field-Programmable Gate Array）上電配置、MPC875寄存器接口管理和MPC875的I/O擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)外部輸入信號(hào)還有進(jìn)行去毛刺和同步采樣處理，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行時(shí)序控制使其滿足硬件時(shí)序要求。其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)如圖1、圖2所示的各功能模塊。

2.1.1 芯片物理特性描述

MAXII器件提供基于行和列的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)用戶邏輯。每個(gè)邏輯陣列塊（LABs）包含10個(gè)邏輯單元（LE）；內(nèi)部互連的MultiTrack為L(zhǎng)AB提供小顆粒的時(shí)間延遲；I/O管腳由位于器件外圍的IO單元（IOE）驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)包括四根時(shí)鐘線，它貫穿整個(gè)器件，為器件上的各種資源提供時(shí)鐘。

MAXII 器件還包含一個(gè)FLASH存儲(chǔ)體，一部分是用來存儲(chǔ)SRAM配置信息的CFM塊，另一部分是用戶FLASH存儲(chǔ)塊（UFM）。

2.1.2 管腳分配

每片EPLD分為四個(gè)I/O Bank，均采用3.3V供電，接口標(biāo)準(zhǔn)為TTL3.3。

EPLD 的管腳分配，合計(jì)：197個(gè)信號(hào) （197/212=93%）

2.2 實(shí)現(xiàn)功能描述

EPLD主要完成的功能包括：MPC875存儲(chǔ)器接口；IFU板的復(fù)位控制與管理；硬件復(fù)位配置字（HRCW）的讀取；雙地址BOOT機(jī)制；IFU板光模塊、溫度檢測(cè)模塊、時(shí)鐘模塊、LCB板頻率合成模塊告警檢測(cè)；FPGA、DDC、DUC、UART配置接口控制邏輯；LED燈的控制。

EPLD內(nèi)部功能多用組合邏輯實(shí)現(xiàn)。告警檢測(cè)、輸入信號(hào)采樣和輸出信號(hào)的時(shí)序控制采用時(shí)序邏輯。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 MPC875存儲(chǔ)器接口模塊

MPC875與EPLD的硬件接口框圖如圖3所示。

3.2 IFU復(fù)位控制與管理模塊

IFU復(fù)位類型按級(jí)別可分為：整板復(fù)位（包括處理器和周邊器件）、處理器復(fù)位（MPC875）和周邊器件復(fù)位（包括FPGA、6×DDC、6×DUC、UART、2×CDC7005、PHY芯片、LM87、FLASH）。

3.2.1 復(fù)位事件歸納

（1）發(fā)起整板復(fù)位的情況歸納如下：IFU板上電時(shí)，由MAX811板產(chǎn)生一個(gè)上升沿整板復(fù)位脈沖到EPLD；全局復(fù)位按鈕產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖到EPLD；EPLD內(nèi)部復(fù)位命令字控制寄存器全局復(fù)位控制位被置為有效。

（2）發(fā)起MPC875復(fù)位的情況歸納如下：MPC875復(fù)位按鈕產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖到EPLD，發(fā)起MPC875 PORST復(fù)位；EPLD內(nèi)部復(fù)位命令字控制寄存器PORST/HRST/SRST被置為有效；EPLD內(nèi)部復(fù)位命令字控制寄存器SW_REBOOT被置為有效。

3.2.2 復(fù)位標(biāo)志位的管理

當(dāng)由某種復(fù)位源引起的復(fù)位發(fā)生時(shí)，該寄存器中的相應(yīng)位就會(huì)置“1”。這樣，在發(fā)生異常事件時(shí)，可以通過查詢?cè)摷拇嫫鞯弥且驗(yàn)槭裁词录鸬膹?fù)位。在復(fù)位標(biāo)志寄存器中設(shè)置了八個(gè)標(biāo)志位：MPC875復(fù)位按鈕復(fù)位標(biāo)志，上電復(fù)位標(biāo)志，外部看門狗復(fù)位標(biāo)志，全局按鈕復(fù)位標(biāo)志，遠(yuǎn)程復(fù)位標(biāo)志，命令字復(fù)位標(biāo)志，軟件重起標(biāo)志，F(xiàn)PGA按鈕復(fù)位標(biāo)志。每一種復(fù)位事件在置位相應(yīng)標(biāo)志位的同時(shí)，會(huì)清除所有其他標(biāo)志位。軟件對(duì)該寄存器的任何寫操作都會(huì)導(dǎo)致該寄存器清0。這樣為軟件提供一種清除該寄存器的途徑。

3.3 WD2的實(shí)現(xiàn)和控制

利用EPLD的可編程特性，在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一個(gè)外部Watch Dog 2，這樣定時(shí)可以比較長(zhǎng)，還可以隨時(shí)關(guān)閉。

為了系統(tǒng)調(diào)試的方便，操作系統(tǒng)在進(jìn)程切換的時(shí)候，會(huì)調(diào)用專門的函數(shù)，在一個(gè)history memory中記錄當(dāng)前調(diào)用的進(jìn)程，如果系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蛩赖?，在異常處理子函數(shù)或Watch Dog處理子函數(shù)中會(huì)把history memory的內(nèi)容寫入寄存器中保存，系統(tǒng)再啟動(dòng)之后，通過這個(gè)history memory就可以得知最近執(zhí)行過哪些進(jìn)程。

Watch Dog 2在定時(shí)溢出的時(shí)候需要通知MPC875，可以采用產(chǎn)生PORESET或者是NMI中斷，采用中斷的方式是為了避免程序死在高優(yōu)先級(jí)中斷處理子函數(shù)里，在每個(gè)中斷處理子函數(shù)內(nèi)部開始屏蔽其它中斷的地方，都不能屏蔽Watch Dog 2中斷，這樣Watch Dog 2中斷就可以打斷任何中斷處理子函數(shù)的執(zhí)行。IFRCE中對(duì)復(fù)位的兩種方式都支持，軟件可以通過寄存器中的WD2 _RST2INT _CTRL位來選擇WD2產(chǎn)生PORESET復(fù)位還是產(chǎn)生NMI中斷。默認(rèn)WD2產(chǎn)生PORESET復(fù)位。endprint

Watch Dog 2的使能由軟件控制。軟件是通過對(duì)寄存器的WD2_EN位置位使能WD2，默認(rèn)WD2不使能。而且可以通過讀取WD2_EN來確認(rèn)WD2是否使能。

Watch Dog 2的喂狗（即Watch Dog 2計(jì)數(shù)器清零）的方式有兩種：通過置寄存器相應(yīng)位來清零；每次板級(jí)復(fù)位或MPC875復(fù)位事件發(fā)生后，也會(huì)對(duì)Watch Dog 2計(jì)數(shù)器清零。

3.4 雙地址BOOT機(jī)制

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了采用雙地址BOOT的機(jī)制，框圖如圖4、圖5所示。

BOOT FLASH采用SPANSION的S29GL128N。該FLASH為16位位寬，地址空間8M，23根地址線，或表示為16Mbyte。

對(duì)應(yīng)雙地址BOOT方式，有兩個(gè)BOOT程序：BOOTROOM和BOOST，它們存放在FLASH的不同地址空間內(nèi)。板卡正常工作時(shí)，從BOOTROOM正常啟動(dòng)。當(dāng)需要進(jìn)行單板測(cè)試或BOOTROOM被損壞的情況下，可以通過圖4加跳線跳通，來選擇從BOOST啟動(dòng)。這樣單板可以正常連接進(jìn)行相應(yīng)BOOTROOM文件下載。

FLASH地址空間分配如圖5所示。正常情況下從BOOTROOM啟動(dòng)，啟動(dòng)地址為0Xfff00000，當(dāng)從BOOST啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)地址為0Xffb0000，差別在第23位不同。因此EPLD只要對(duì)這一位進(jìn)行處理就能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)地址的轉(zhuǎn)換。MPC875有32根地址線，A（0）為最高位，A（30）為最低位，按8位位寬尋址。由于FLASH是按位寬16位尋址，有23根地址線，因此MPC875連接到FLASH的地址線的最低位應(yīng)為A（30），最高位為A（8）。當(dāng)正常從BOOTROOM啟動(dòng)時(shí)，JP0為斷開，這時(shí)A（9）從EPLD作串通；當(dāng)從BOOST啟動(dòng)時(shí)，JP0為跳接狀態(tài)，這時(shí)A（9）被EPLD屏蔽，輸出置為0，從而實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)地址的變換。

板卡啟動(dòng)情況總結(jié)如下：

（1）板卡正常運(yùn)行的情況：

圖4中JP0跳線不加，從BOOTROOM正常啟動(dòng)。

（2）正常測(cè)試使用或只有BSP損壞的情況：

圖4中JP0跳線加上，從BOOST啟動(dòng)，進(jìn)行全面測(cè)試。

3.5 告警檢測(cè)

EPLD進(jìn)行告警檢測(cè)的芯片包括：IFU板光模塊、溫度檢測(cè)芯片、時(shí)鐘芯片和LCB板的頻綜模塊。EPLD對(duì)這些芯片的告警信號(hào)采用周期性的檢測(cè)策略，復(fù)用MPC_INT1_EPLD將告警上報(bào)MPC875。在ALM_LOS_FM1和ALM_LOS_FM2產(chǎn)生時(shí)，EPLD分別將MPC_INT1_EPLD和MPC_INT0_EPLD置為”01”和”10”，通知FPGA。

檢測(cè)流程如圖6所示。

4 結(jié)語

本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，提出了一種基于中頻板的EPLD可編程器件設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并給出了整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)方法。在EPLD中沒有專門的測(cè)試模塊，對(duì)EPLD所完成的功能需要在中頻板測(cè)試中驗(yàn)證。由于EPLD具有其他總線不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，越來越多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用EPLD芯片，相信EPLD將成為邏輯控制的主要接口。

參考文獻(xiàn)

[1]秦宏，尹常永，李川.用VHDL語言的CPLD器件設(shè)計(jì)[J].黃金學(xué)報(bào)，2001（1）：49-51.endprint