基于FAS466存储系统的DMA控制器设计
随着光电子信息技术的迅速发展 ， 直接把光学信息转化为数字图像已经成为发展趋势 ，机载ccd相机是基于数字相机的基本原理 ，将图像以数字信息的形式存储、转移，并与地面实现通信。由于大面阵 ccd 机载相机的图像数据量非常巨大 而且图像输出速率也比较高 ，所以高速图像数据的实时记录是一个急需解决的问题。大面阵ccd 相机的数字视频存储的一般方案是基于高性能计算机体系结构，把 pci总线的视频采集卡与高性能 ide硬盘系统或基于 pci scsi桥的 scsi存储硬盘系统结合起来完成任务。这种方案实现起来比较容 ，但存在总线瓶颈问题，一次存储占用两次pci总线 ，而且还受到操作系统和文件系统的限制 ，所以在实际应用中存储速度很难突破 40mb /s。另外基于 pc i总线的存储方式基于计算机平台，占用体积比较大。针对这一问题，设计出脱离计算机平台基于 scsi总线的图像数据存储方式，这种存储方式存储速度快，占用体积小，适合于机载相机。
1 ccd相机图像存储系统 基于scsi总线的ccd相机图像存储系统主要由数据源、dma控制器、外部微处理器、fas466协议处理器及 sc图如图1
存储系统各部分功能如下 ：
（1） 外部微处理器 主要负责对各个模块进行协调和控制。完成与ccd相机图像数据的传输起始、结束控制 ; 对fas466的初始化操作 ， 对传输的异常情况进行中断处理 ; 在本系统中 ， 采用 fpga芯片实现外部微处理器功能。
（2） dma控制器 控制 fifo与 scsi协议处理器内部缓冲器之间的数据传送 ，这样通过与协议处理器的 dma接口相协调以控制数据源与 scsi总线间的数据传送。本设计采用 fpga器件实现 dma 控制器 ， 而不用专用的 dma 控制器 ，主要考虑以下一些因素 ：本设计的数据传输速率比较高，一般的专用 dma控制器难以胜任 ; 专用的 dma 控制器与 fas466之间的连接需要大量的逻辑转换电路和外围连线、使设计难度加大。使用 fpga 器件 ，除了完成dma控制器的功能之外 ， 还可以把电路中的译码、逻辑转换、系统复位等模块设计进去 ， 减小了设备的体积 ，方便了以后对系统的升级和改进。
（3） scsi协议处理器—fas466 scsi协议处理器是scsi总线操作的执行部件。它可提供 fast40的同步传输速率，它的同步数据宽总线传输速率可达 80mb /s。fas466区别于其它 scsi协议处理器的最大特点是它采用微处理器和 dma接口结构 而常见的 scsi协议控制器采用 pci接口总线结构，这是本设计采用 fas466的一个主要原因。采用微处理器和 dma 接口结构 ，可以通过外部微处理器对传输进行控制 ， 脱离微机平台 ，减少传输带宽限制，使数据存储系统具有非常好的灵活性和可移植性。fas466 由 scsi控制器、微控制器、dma 接口和微处理器接口四个模块组成。图 2为 fas466的内部结构。
2 dma控制器设计 本系的软件计分为外部微处理对fas466的初始化及 dma 控制器的软件设计两部分 ， 这两部分都通过对 fpga芯片编程实现 ， 本文将重点介绍一下 dma控制器的软件设计。fas466外部 dma控制器利用 verilog hdl语言对 fpga 芯片编程实现。fas466通过置 dreq信号 有效请求数据传输 ;dma控制器检测到dreq有效并且外部 fifo非空 ，则使 dack有效并通知 fas466开始 dma传输。dma控制器的状态机如图 3所示。
以下是实现dma控制器的数据传输控制程序代码 ：
always（posedge clock）
begin
if （reset） begin
dma state 《 = sidle;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
else if （dmaenabled）
begin
case （dma state）
sidle： begin
/ /如果 dreq有效 ， 则进入等待状态 ;
if （dreq） begin
dack 《 = 1;
dma state 《 = #1 sdackdelay;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
else begin
dack 《 = 0;
dma state 《 = #1 sidle;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
end
sdackdelay： begin
/ /如果 dreq无效 ， 则返回空闲状态 ;
if （
～
dreq） begin
dack 《 = 0;
dma state 《 = #1 sidle;
end
/ /如果 dreq有效 ， ff_ fe无效 ， 则进入数据传
输状态 ;
else if （
～
ff_ fe） begin
dack 《 = 1;
dma state 《 = #1 sdataxfer;
re 《 = 1; w e 《 = 0; dboe 《 = 0;
end
else begin
dma state 《 = #1 sdackdelay;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
end
sdataxfer： begin
/ /如果 dreq无效 ， 则完成传输进入空闲状态 ;
if （
～
dreq） begin
dack 《 = 0;
dma state 《 = #1 sidle;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
/ /如果 dreq有效 ， af_ ae有效 ， 则进入等待状
态 ;
else if （af_ ae） begin
dack 《 = 1;
dma state 《 = #1 sdackdelay;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
else begin
dma state 《 = #1 sdataxfer;
re 《 = 1; we 《 = 0; dboe 《 = 0;
end
end
default：
dma state 《 = #1 sidle;
endcase
end
end
上面程序经 ise软件仿真，仿真波形如图4所示。
3 结论 本文介绍了高速、大面阵ccd相机存储系统的dma控制器设计。运用verilog hdl语言对 fp2ga编程实现 dma 控制器功能。文中给出了它的软件程序及仿真波形。仿真结果表明为利用 fpga芯片能够代替专门的dma控制器完成dma 控制功能。fpga的运用使设计更加灵活 ，传输性能更好及反应时间更快 ，而且减小了存储设备的体积。
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1 ccd相机图像存储系统 基于scsi总线的ccd相机图像存储系统主要由数据源、dma控制器、外部微处理器、fas466协议处理器及 sc图如图1
存储系统各部分功能如下 ：
（1） 外部微处理器 主要负责对各个模块进行协调和控制。完成与ccd相机图像数据的传输起始、结束控制 ; 对fas466的初始化操作 ， 对传输的异常情况进行中断处理 ; 在本系统中 ， 采用 fpga芯片实现外部微处理器功能。
（2） dma控制器 控制 fifo与 scsi协议处理器内部缓冲器之间的数据传送 ，这样通过与协议处理器的 dma接口相协调以控制数据源与 scsi总线间的数据传送。本设计采用 fpga器件实现 dma 控制器 ， 而不用专用的 dma 控制器 ，主要考虑以下一些因素 ：本设计的数据传输速率比较高，一般的专用 dma控制器难以胜任 ; 专用的 dma 控制器与 fas466之间的连接需要大量的逻辑转换电路和外围连线、使设计难度加大。使用 fpga 器件 ，除了完成dma控制器的功能之外 ， 还可以把电路中的译码、逻辑转换、系统复位等模块设计进去 ， 减小了设备的体积 ，方便了以后对系统的升级和改进。
（3） scsi协议处理器—fas466 scsi协议处理器是scsi总线操作的执行部件。它可提供 fast40的同步传输速率，它的同步数据宽总线传输速率可达 80mb /s。fas466区别于其它 scsi协议处理器的最大特点是它采用微处理器和 dma接口结构 而常见的 scsi协议控制器采用 pci接口总线结构，这是本设计采用 fas466的一个主要原因。采用微处理器和 dma 接口结构 ，可以通过外部微处理器对传输进行控制 ， 脱离微机平台 ，减少传输带宽限制，使数据存储系统具有非常好的灵活性和可移植性。fas466 由 scsi控制器、微控制器、dma 接口和微处理器接口四个模块组成。图 2为 fas466的内部结构。
2 dma控制器设计 本系的软件计分为外部微处理对fas466的初始化及 dma 控制器的软件设计两部分 ， 这两部分都通过对 fpga芯片编程实现 ， 本文将重点介绍一下 dma控制器的软件设计。fas466外部 dma控制器利用 verilog hdl语言对 fpga 芯片编程实现。fas466通过置 dreq信号 有效请求数据传输 ;dma控制器检测到dreq有效并且外部 fifo非空 ，则使 dack有效并通知 fas466开始 dma传输。dma控制器的状态机如图 3所示。
以下是实现dma控制器的数据传输控制程序代码 ：
always（posedge clock）
begin
if （reset） begin
dma state 《 = sidle;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
else if （dmaenabled）
begin
case （dma state）
sidle： begin
/ /如果 dreq有效 ， 则进入等待状态 ;
if （dreq） begin
dack 《 = 1;
dma state 《 = #1 sdackdelay;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
else begin
dack 《 = 0;
dma state 《 = #1 sidle;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
end
sdackdelay： begin
/ /如果 dreq无效 ， 则返回空闲状态 ;
if （
～
dreq） begin
dack 《 = 0;
dma state 《 = #1 sidle;
end
/ /如果 dreq有效 ， ff_ fe无效 ， 则进入数据传
输状态 ;
else if （
～
ff_ fe） begin
dack 《 = 1;
dma state 《 = #1 sdataxfer;
re 《 = 1; w e 《 = 0; dboe 《 = 0;
end
else begin
dma state 《 = #1 sdackdelay;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
end
sdataxfer： begin
/ /如果 dreq无效 ， 则完成传输进入空闲状态 ;
if （
～
dreq） begin
dack 《 = 0;
dma state 《 = #1 sidle;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
/ /如果 dreq有效 ， af_ ae有效 ， 则进入等待状
态 ;
else if （af_ ae） begin
dack 《 = 1;
dma state 《 = #1 sdackdelay;
re 《 = 1; w e 《 = 1; dboe 《 = 1;
end
else begin
dma state 《 = #1 sdataxfer;
re 《 = 1; we 《 = 0; dboe 《 = 0;
end
end
default：
dma state 《 = #1 sidle;
endcase
end
end
上面程序经 ise软件仿真，仿真波形如图4所示。
3 结论 本文介绍了高速、大面阵ccd相机存储系统的dma控制器设计。运用verilog hdl语言对 fp2ga编程实现 dma 控制器功能。文中给出了它的软件程序及仿真波形。仿真结果表明为利用 fpga芯片能够代替专门的dma控制器完成dma 控制功能。fpga的运用使设计更加灵活 ，传输性能更好及反应时间更快 ，而且减小了存储设备的体积。
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