FPGA+DSP的高速AD采集处理开发详解
案例说明
1. kintex-7 fpga使用srio ip核作为initiator，通过ad9613模块采集ad数据。ad9613采样率为250msps，双通道12bit，12bit按照16bit发送，因此数据量为16bit * 2 * 250m = 8gbps；
2. ad数据通过srio由kintex-7发送到c6678 dsp（target）的0x0c3f0000~0x0c3f7fff的地址空间，数据量为32kbyte，使用swrite方式，期间每传16kbyte数据后就发送一个doorbell信息，让c6678做乒乓处理。kintex-7通过srio与c6678连接，共4个lane，每个lane的通信速率为5gbps，数据有效带宽为20gbps * 80% = 16gbps；
3. 采集到的ad数据可分别通过xilinx vivado和ti ccs软件查看波形，并在c6678做fft处理。
此开发案例基于创龙kintex-7+c6678评估板tl6678f-easyevm展开。
观看视频请点击：ad采集处理案例视频
案例框图
案例演示 硬件连接
（1） 将创龙ad9613高速ad模块tl9613/9706f（此模块集成高速da，da芯片为ad9706）通过fmc接口与评估板连接。
（2） 信号发生器设置成两路正弦波输出，幅度设置：1.5vpp以及无直流偏置，频率设置：1mhz。
（3） 信号发生器的两路输出分别连接到模块的adc_cha、adc_chb。
1．fpga端
参考tl6678f-easyevm评估板光盘用户手册《基于下载器的程序固化与加载》文档中“vivado下bit文件加载步骤”章节，将tl_fmc_ad9613_srio_tl6678f_xc7k325t.bit文件烧录到fpga。烧写bit文件时，指定调试文件tl_fmc_ad9613_srio_tl6678f_xc7k325t.ltx，可以观察到ila调试信号，查看adc采样波形。
adc两路信号在ila内嵌逻辑分析仪中均设置为有符号数、模拟波形显示，如下图所示：
ila触发抓取两路adc采样波形，如下图所示（两路正弦波形）：
2．dsp端
参考tl6678f-easyevm评估板光盘用户手册《ccs工程的生成与加载》文档，在“tl-fmc-ad9613-srio/dsp/src”目录下建立ccs工程并导入到ccs软件中编译生成tl-srio-fft.out文件，通过仿真器加载tl-srio-fft.out文件到dsp端。将tl-srio-fft.out下载到c6678 core0 ~ core7核中，在tl-srio-fft.c窗口中红色框标注的地方创建breakpoint，使dsp程序运行后能暂停，如下图所示：
因为core0负责系统初始化，为确保其他核跟core0是同步开始传输，所以core0核最后运行（core0核可查看原始波形以及振幅波形，其他核仅可查看原始波形）。运行程序，dsp程序正常暂停，可通过图像波形形式查看数据，使用graph工具，输入下述配置，查看channel a波形数据。
若出现波形显示不正常或没有波形产生，请参考以下操作：
1.请确保已正常加载gel文件。
2.请确保breakpoint设置成功，dsp程序能够暂停。
3.请硬件断电重启后重新烧写fpga和dsp程序。
频率计算
fft变换点数n=512，ad采样率fs为250msps。某点n所表示的频率为：fn=n*（fs/n） （n 》=0）。当n=0时，fn为0，因为第一点表示的是直流分量，所以频率为0，幅值也为0，因为该正弦波没有直流分量。
从上面的fft振幅波形图中可以看出，channel a在第6个点处有信号，所以对应的频率为fn = 6 * （fs/n） = 6 * 250mhz / 512 = 2.9296875 mhz。对应原始信号3mhz。
此处存在误差，目前采样点为512个，一个点表示fs/n= 488.281khz，所以如果需要提高精度，用户可以提高采样点。
通过查看串口输入数据，也可查看处理结果。其中peak point代表振幅图峰值点横坐标；amplitude代表振幅图幅值；input frequency根据振幅图计算的输入频率。
关键代码说明 1．管脚约束
例程管脚约束文件位于vivado工程“srcconstraints”目录下。
2．fpga端的代码
顶层文件tl_fmc_ad9613_srio.v的主要功能：
（1）端口定义。
（2）使用startupe2原语提供的eos作为系统复位信号，使用startupe2原语提供的内部65mhz时钟cfgmclk作为系统时钟。
可以查看生成的rtl原理图：
3．dsp端的代码
（1）main函数初始化srio子系统，hwi中断注册。
（2）srio_db_isr响应srio doorbell中断，以邮箱方式通知core0 ~ core7核同时进行fft运算。
（4）tl_fft_amplitude任务等待信号量置位，core0核进行fft振幅运算，通过串口打印数据处理结果。
block design说明 block design如下
1．select io ip核配置说明
参考tl6678f-easyevm评估板光盘tl-fmc-ad9613例程的ip核与模块介绍章节。
2．srio ip配置说明
srio链路宽度设置为4个lane，通信频率为5gbps（即每个lane均为5gbps），参考时钟为125mhz；设置8bit位宽的id，且id=0xff。
port i/o style选择为initiator/target模式，其中condensed i/o接收和发送均使用一个axi4-stream通道，initiator/target接收和发送采用不同的axi4-stream通道。
i/o format：i/o端口配置使用hello格式包。
其他参数保持保持默认值即可。
更详细说明请查阅ip核手册：《pg007_srio_gen2.pdf》。
3．data_to_srio rtl模块功能
（1）连续不停地将ad9613采集的数据写入fifo。
（2）控制fifo读操作，每次从fifo读取完指定的数据并通过axi4-stream接口传输到srio ip。其中本例程每发送16kbyte的数据就发送一个doorbell信息，通知target（dsp）对数据做处理。
双击block degin中的模块，可配置：
doorb triger threshold： 门铃触发阈值，本例设置为16384bytes = 16kb，即通过srio发送16kb的数据后就发送一个doorbell信息。
srio doorb info1：发送完doorb triger threshold个字节的数据之后发送的门铃信息。
srio doorb info2：发送完2倍的doorb triger threshold个数据之后发送的门铃信息。
srio target addr：srio target的内存地址。（本例设置的为dsp的msmc地址0x0c3f0000）
srio target id：srio target的id。
srio local id：srio iitiator的id。
代码解释
（1）端口定义
（2）fifo原语
配置fifo大小为36 byte，读写数据的位宽为64bit（fifo深度为512）。
almost_empty_offset和almost_full_offset配置为0x20，即32；即当fifo写入数据个数大于32个，almost_full输出高电平。
本例fifo设置位宽为64bit，所以64bit * 32 / 8 = 256 byte，即当fifo写入数据大于256 byte，almost_full会输出高电平。
因为srio的package最大有效数据为256 byte，为了确保srio能传输完整的数据包，所以设置fifo的门限值为256byte.
fifo原语详细说明请查阅：《ug473_7series_memory_resources.pdf》。
（3）fifo写控制
因为ad9613输出的ad数据为双通道的24bit，所以分别将两个通道的数据补成16bit。然后保存到data_in_store中。
因为fifo的位宽64bit，而上个步骤将ad的双通道数据补成了32bit，所以每存够两个32bit的ad数据，凑成64bit的data_in_store，再使能fifo_wr_en信号，把64bit的数据写入fifo。
后写入的数据存在高32位，发送到srio target端（dsp），方便其按顺序处理数据。
其中wr_cnt为一个1bit，计数只有0和1两个值。
（4）读取fifo数据并打包hello格式发送数据
hello包头拼接：
（6）状态切换
本例设置的total_data_size为32kbyte，即每发送16kbyte的数据包之后发送一个门铃信息。
资料下载 点击以下链接或扫描二维码，获取本案例源码及tl6678f-easyevm评估板详细资料。
http://site.tronlong.com/pfdownload
点击链接：tl6678f-easyevm评估板
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2. ad数据通过srio由kintex-7发送到c6678 dsp（target）的0x0c3f0000~0x0c3f7fff的地址空间，数据量为32kbyte，使用swrite方式，期间每传16kbyte数据后就发送一个doorbell信息，让c6678做乒乓处理。kintex-7通过srio与c6678连接，共4个lane，每个lane的通信速率为5gbps，数据有效带宽为20gbps * 80% = 16gbps；
3. 采集到的ad数据可分别通过xilinx vivado和ti ccs软件查看波形，并在c6678做fft处理。
此开发案例基于创龙kintex-7+c6678评估板tl6678f-easyevm展开。
观看视频请点击：ad采集处理案例视频
案例框图
案例演示 硬件连接
（1） 将创龙ad9613高速ad模块tl9613/9706f（此模块集成高速da，da芯片为ad9706）通过fmc接口与评估板连接。
（2） 信号发生器设置成两路正弦波输出，幅度设置：1.5vpp以及无直流偏置，频率设置：1mhz。
（3） 信号发生器的两路输出分别连接到模块的adc_cha、adc_chb。
1．fpga端
参考tl6678f-easyevm评估板光盘用户手册《基于下载器的程序固化与加载》文档中“vivado下bit文件加载步骤”章节，将tl_fmc_ad9613_srio_tl6678f_xc7k325t.bit文件烧录到fpga。烧写bit文件时，指定调试文件tl_fmc_ad9613_srio_tl6678f_xc7k325t.ltx，可以观察到ila调试信号，查看adc采样波形。
adc两路信号在ila内嵌逻辑分析仪中均设置为有符号数、模拟波形显示，如下图所示：
ila触发抓取两路adc采样波形，如下图所示（两路正弦波形）：
2．dsp端
参考tl6678f-easyevm评估板光盘用户手册《ccs工程的生成与加载》文档，在“tl-fmc-ad9613-srio/dsp/src”目录下建立ccs工程并导入到ccs软件中编译生成tl-srio-fft.out文件，通过仿真器加载tl-srio-fft.out文件到dsp端。将tl-srio-fft.out下载到c6678 core0 ~ core7核中，在tl-srio-fft.c窗口中红色框标注的地方创建breakpoint，使dsp程序运行后能暂停，如下图所示：
因为core0负责系统初始化，为确保其他核跟core0是同步开始传输，所以core0核最后运行（core0核可查看原始波形以及振幅波形，其他核仅可查看原始波形）。运行程序，dsp程序正常暂停，可通过图像波形形式查看数据，使用graph工具，输入下述配置，查看channel a波形数据。
若出现波形显示不正常或没有波形产生，请参考以下操作：
1.请确保已正常加载gel文件。
2.请确保breakpoint设置成功，dsp程序能够暂停。
3.请硬件断电重启后重新烧写fpga和dsp程序。
频率计算
fft变换点数n=512，ad采样率fs为250msps。某点n所表示的频率为：fn=n*（fs/n） （n 》=0）。当n=0时，fn为0，因为第一点表示的是直流分量，所以频率为0，幅值也为0，因为该正弦波没有直流分量。
从上面的fft振幅波形图中可以看出，channel a在第6个点处有信号，所以对应的频率为fn = 6 * （fs/n） = 6 * 250mhz / 512 = 2.9296875 mhz。对应原始信号3mhz。
此处存在误差，目前采样点为512个，一个点表示fs/n= 488.281khz，所以如果需要提高精度，用户可以提高采样点。
通过查看串口输入数据，也可查看处理结果。其中peak point代表振幅图峰值点横坐标；amplitude代表振幅图幅值；input frequency根据振幅图计算的输入频率。
关键代码说明 1．管脚约束
例程管脚约束文件位于vivado工程“srcconstraints”目录下。
2．fpga端的代码
顶层文件tl_fmc_ad9613_srio.v的主要功能：
（1）端口定义。
（2）使用startupe2原语提供的eos作为系统复位信号，使用startupe2原语提供的内部65mhz时钟cfgmclk作为系统时钟。
可以查看生成的rtl原理图：
3．dsp端的代码
（1）main函数初始化srio子系统，hwi中断注册。
（2）srio_db_isr响应srio doorbell中断，以邮箱方式通知core0 ~ core7核同时进行fft运算。
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（1）连续不停地将ad9613采集的数据写入fifo。
（2）控制fifo读操作，每次从fifo读取完指定的数据并通过axi4-stream接口传输到srio ip。其中本例程每发送16kbyte的数据就发送一个doorbell信息，通知target（dsp）对数据做处理。
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doorb triger threshold： 门铃触发阈值，本例设置为16384bytes = 16kb，即通过srio发送16kb的数据后就发送一个doorbell信息。
srio doorb info1：发送完doorb triger threshold个字节的数据之后发送的门铃信息。
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srio target addr：srio target的内存地址。（本例设置的为dsp的msmc地址0x0c3f0000）
srio target id：srio target的id。
srio local id：srio iitiator的id。
代码解释
（1）端口定义
（2）fifo原语
配置fifo大小为36 byte，读写数据的位宽为64bit（fifo深度为512）。
almost_empty_offset和almost_full_offset配置为0x20，即32；即当fifo写入数据个数大于32个，almost_full输出高电平。
本例fifo设置位宽为64bit，所以64bit * 32 / 8 = 256 byte，即当fifo写入数据大于256 byte，almost_full会输出高电平。
因为srio的package最大有效数据为256 byte，为了确保srio能传输完整的数据包，所以设置fifo的门限值为256byte.
fifo原语详细说明请查阅：《ug473_7series_memory_resources.pdf》。
（3）fifo写控制
因为ad9613输出的ad数据为双通道的24bit，所以分别将两个通道的数据补成16bit。然后保存到data_in_store中。
因为fifo的位宽64bit，而上个步骤将ad的双通道数据补成了32bit，所以每存够两个32bit的ad数据，凑成64bit的data_in_store，再使能fifo_wr_en信号，把64bit的数据写入fifo。
后写入的数据存在高32位，发送到srio target端（dsp），方便其按顺序处理数据。
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（4）读取fifo数据并打包hello格式发送数据
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