（信号与信息处理专业论文）基于fpga的喷墨系统互联设计.pdf

哈尔滨理丁人学丁学顽i j 学位论文 基于f p g a 的喷墨系统互联设计 摘要 数字喷墨系统是数字印刷技术的里程碑。它是一个完全数字化的生产系 统，实现了把印前、印刷和印后融为了一体，从信息的输入一直到印刷，甚 至装订输出。数字喷墨技术围绕光栅点阵，突破了传统印刷围绕印版的局 限。其具有无版、内容可变、小批量成本优势，印刷流程环节少，可以有高 附加值应用等传统印刷无法比拟的优点，使其成为印艺行业的领军技术。印 前、印中和印后是相互独立的系统，现有生产作业需要分别对其进行特定设 置才能协同工作，同时还需要人进行实时的监控，这种半自动化的运作大大 地降低了生产效率。本文基于f p g a 的喷墨系统互联设计，实现了打印作 业的自动化与智能化。 喷墨系统互联设计主要通过设计数据传输系统、打印支持系统和印前印 后控制系统来实现全数字喷墨系统的无缝连接。数据传输系统主要为打印设 备提供打印数据，它实现了r i p 系统与打印设备的连接；打印支持系统主 要提供打印的线信号和页信号，它实现了伺服系统与打印设备的连接：印前 印后控制系统通过管理印前印后设备，来支持打印设备完成打印作业的自动 化和智能化。 数据传输系统通过设计p c i c o r e 逻辑完成p c i 外设总线和w i s h b o n e 内核总线的转接，各功能模块都挂接在w i s h b o n e 总线上；打印支持系统 通过设计e n c o d e r 逻辑完成对实际编码器信号进行编码，从而输出特定d p i 打印所需的线信号。通过设计t r i g g e r 逻辑完成对光电信号或色标信号的检 测，根据单页连续、单面双面打印属性进行编码，从而输出打印所需的页 信号；印前印后控制系统通过设计c u t t e r s t a c k e r 逻辑来控制印后设备，通 过设计d r y e m e r g e n c y 逻辑柬控制印前设备。各模块配置信息存取都采用 e e p r o m 模块，与上位机通信都采用r s 4 8 5 模块。 关键词f p g a ；喷墨；系统互联 哈尔演理t 人学t 学硕卜学位论文 u n i t e dd e s i g no fp r i n ts y s t e mb a s e do nf p g a a bs t r a c t d i g i t a lp r i n ts y s t e m i sami l e s t o n ei nt h e d i g i t a lp r i n tt e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t ，a n d i ti st o t a l l yd i g i t i z e da n dr e a l i z e dt h ec o m b i n a t i o no ft h e p r o c e d u r e ，f o r mi n f o r m a t i o ni n p u tt op r i n t i n go u t ，a n de v e nb i n d i n g b a s e do n g r a t i n gb i t m a p ，d i g i t a lp r i n tt e c h n o l o g yh a sb r o k e nt h el i m i t a t i o no ft r a d i t i o n a l t e c h n o l o g y t h ec h a r a c t o r so fn ov e r s i o n c o n t e n tc h a n g e a b l e c o s ta d v a n t a g eo f q u a n t i t i e sp r o d u c t i o na n df e w e rp r i n t i n gl i n k s m a k ei tb e c o m eb e l l w e t h e ri n p r i n t i n ga r t b e c a u s eo ft h em u t u a li n d e p e n d e n c eo fp r e - p r i n t ，p r i n ta n dp o s t p r i n t ，c u r r e n tt e c h n i q u en e e d sd e s i g n a t e ds e t u pt oe n s u r et h ec o o p e r a t i v ew o r k ， b e s i d e s ，i tn e e d sw o r k e r sr e a l t i m em o n i t o r i n g ，a n da l l o ft h e s el e a dl o w p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y i nt h ep a p e r ，p r i n tsy s t e mi n t e r c o n n e c t i s d e s i g n e dt o r e a l i z ea u t o m a t i o na n di n t e l l i g e n to fp r i n t i n gj o bb a s e do nf p g a p r i n t s y s t e m i n t e r c o n n e c ti st om a k e d i g i t a lp r i n ts y s t e m s e a m l e s s c o n n e c t i o n ，t h r o u g hd e s i g n i n g d a t at r a n s f e rs y s t e m ，p r i n ts u p p o r ts y s t e m a n dp r e p o s tp r i n ts y s t e m d a t at r a n s f e rs y s t e mi sm a i n l yt op r o v i d ed a t af o r t h ep r i n td e v i c e ，a n di tm a k e sr i ps y s t e ma n dp r i n td e v i c ec o n n e c t e d p r i n t s u p p o f ts y s t e mi sm a i n l yt op r o v i d el i n es i g n a la n dp a g es i g n a lf o rt h ep r i n t d e v i c e ，a n di tm a k e ss e r v os y s t e ma n dp r i n td e v i c ec o n n e c t e d p r e - p o s tc o n t r o l s y s t e mi sm a i n l yt om a n a g ep r e p r i n td e v i c ea n dp o s t - p r i n td e v i c e ，a n di tm a k e s p r i n tj o bm o r ea u t o m a t i ca n di n t e l l i g e n t i z e d d a t at r a n s f e rs y s t e mi st od e s i g np c ic o r el o g i c ，w h i c hm a k e st h ep c ib u s a n dt h ew i s h b o n eb u sc o n n e c t e d ，a n de a c hf u n c t i o nm o d u l ei sc o n n e c t e dt o t h ew i s h b o n eb u s p r i n ts u p p o r ts y s t e mi st od e s i g nt h ee n c o d e rm o d u l el o g i c ， w h i c hg e n e r a t e st h es p e c i f i cd p il i n es i g n a l ，a c c o r d i n gt oe n c o d et h ep h y s i c a l e n c o d e rs i g n a l a n di ti st od e s i g nt h et r i g g e rm o d u l el o g i c ，w h i c hg e n e r a t e sp a g e s i g n a lw i t ht h ec o n f i g u r a t i o np r o p e r t yo fo n e - s i d ep r i n t o rd o u b l e - s i d ep r i n t ， a c c o r d i n gt od e t e c t i n gt h ep h o t o e l e c t r ys i g n a la n dm a r ks i g n a l p r e p o s tc o n t r o l s y s t e mi s t od e s i g nt h ec u t t e r s t a c k e rm o d u l el o g i c ，w h i c hi su s e dt oc o n t r o l p o s t - p r i n td e v i c e a n di t i st od e s i g nt h ed r y e m e r g e n c ym o d u l el o g i c ，w h i c hi s 哈h d e 理t 人学t 学硕i j 学位论文 z 目! ! ! ! ! ! ! ! e e ! 自目日g ! ! ! ! ! 目= 皇g 篁e e = = = ! ! e = = = = ! ! = ! = = = = = = = = = = = = m 皇 r ： m l i u s e dt oc o n t r o lp r e p r i n td e v i c e t h ee e p r o mm o d u l ei su s e dt op r e s e r v e c o n f i g u r a t i o nd a t a t h er s 4 8 5m o d u l ei su s e dt oc o m m u n i c a t ew i t hp c k e y w o r d sf p g a ，p r i n t ，s y s t e mi n t e r c o n n e c t 喻b l 4 理t 人学t 学硕i j 学位论义 第1 章绪论 1 1 数字喷墨技术及行业分析 喷墨成像原理是将油墨以一定的速度从微细的喷嘴喷射到承载物上，最后 通过油墨与承载物的相互作用实现油墨影像的再现1 1 1 。一个喷嘴形成点，若干 喷嘴组成一个喷头形成线。喷墨打印模式( 点一线一面) 可分为m u l t i p a s s 模式 和s i n g l e p a s s 模式。m u l t i p a s s 模式是喷头移动由点形成线，喷头或介质移动 由线形成面；s i n g l e p a s s 模式是多个喷头固定组成线，喷头或介质移动形成 面。 数字喷墨系统是数字印刷技术的里程副舢。数字印刷系统如图1 1 所示。 光栅点阵 图1 - 1 数字印刷系统 f i g 1 - 1d i # t mp r i n ts y s t e m 数字印刷是一个完全数字化的生产系统，数字流程贯穿了整个生产过程， 从信息的输入一直到印刷，甚至装订输出。它把印前、印刷和印后融为了一 体，从系统控制的角度看，它是一个无缝的全数字系统：它具备按需生产能 力，可以根据具体要求，生产制作顾客需要的信息产品。数字印刷围绕光栅点 阵( 点和线，数字印刷机就是将电脑光栅点阵转印到介质上的机制) ，突破了传 统印刷围绕印版的局限。其具有无版、内容可变、小批量成本优势，印刷流程 环节少，可以有高附加值应用等传统印刷机无法比拟的优点，使其成为印艺行 业的领军技术。 哈尔滨理丁人学丁学硕i j 学化论文 1 2 国内外研究现状 喷墨技术自诞生以来获得了极大的发展，目前喷墨技术在家用及办公打印 领域、大幅面喷绘领域已经获得了巨大的成功，而近年来，随着喷墨技术的不 断发展，喷墨技术成为了数码印刷领域最具发展潜力的技术方向，特别值得一 提的是在代表e p j 领域未来技术发展方向的d r u p a 2 0 0 8 上，基于喷墨技术的数 码印刷机成为了展会最大的热点及亮点技术。因此，有业内专家将d r u p a 2 0 0 8 称之为喷墨德鲁巴，足见喷墨印刷的未来发展潜力1 3 1 。 印后技术也越来越受到关注。任何一本书籍的印制完成，都是印静、印刷 与印后加工工序通力合作的结果，上工序为下工序提供优质的半成品，共同为 生产优质书籍而努力。现在，书刊的印后工序越来越复杂，也越来越多样化， 印后装订工序己不再是一道搬拿、粘贴的简单工序，而是一个印品装帧的艺术 加工工序，不仅需要灵活的、高超的手工操作技术，还需要先进的技术和设 备，需要操作人员具有掌握先进设备的能力、逐渐变为设备自动化、工艺材料 多样化、市场需求信息化的数字化装订加工工序。 印前技术近年来也产生了r 新月异的发展和变革，进入了数字化、网络化 的新时代。当前的印前技术综合了计算机软硬件、信息化数字化处理、网络传 输、激光和新型感光材料等高科技技术。纵观我国印前技术现状，可发现其讵 处在模拟技术与数字技术并存的时代。一些先进企业匝在向以数字、网络、多 媒体技术为基础的数字化转变。而大多数企业仍然以模拟技术或半数字技术为 主，对新技术的应用整体水平还不高，大多数还停留在单独使用阶段，尚未达 到系统的整合应用。 综上喷墨技术、印后技术和印前技术在国内外发展现状，无缝全数字化喷 墨系统是印艺行业发展的必然需要。在数字系统设计方面，f p g a 具有无可比 拟的优越性。随着电子制造工艺的进一步发展，新一代的f p g a 甚至集成了中 央处理器( c p u ) 或数字处理器( d s p ) 内核，在一片f p g a 上进行软硬件协同设 计，为实现片上可编程系统( s o p c ，s y s t e mo np r o g r a m m a b l ec h i p ) 提供了强大 的硬件支持。s o p c 是使用可编程逻辑技术把整个系统放到一个硅片上，它是 一种特殊的嵌入式系统一一可编程的片上系统( s o c ) 。它具有灵活的设计方 式，可裁剪、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功她m e m - i 。 由此，本文基于f p g a 的喷墨系统互联设计是印艺行业发展的必然需要。 喻尔演理t 人学下学硕f j 学位论文 1 3 本课题研究意义 本文基于f p g a 的喷墨系统互联设计，可以实现全数字化喷墨系统的无缝 连接，即通过数据传输系统逻辑设计、打印支持系统逻辑设计和印前印后控制 系统逻辑设计把印前、印刷和印后有机的融为一体，完成打印作业的自动化和 智能化。 印 j 技术的发展对数据传输系统提出了数字化和网络化的要求，此系统采 用p c i c o r e 逻辑完成p c i 外设总线和w i s h b o n e 内核总线的转接，各功能模 块都挂接在w i s h b o n e 总线上。传统设计通常使用专用的桥接芯片来解析 p c i 协议和使用c p u 做控制和处理，与之相比，采用f p g a 设计可以根据数 据传输系统性能要求裁剪p c i 功能和自定义功能模块，简化硬件设计的同时， 也大大地降低了成本、开发周期和市场风险。 打印支持系统是打印作业不可缺少的一个重要环节，主要为打印设备提供 打印所需的线信号和页信号。此系统采用f p g a 设计的优越性主要体现在编码 设置的灵活性和处理的实时性。f p g a 可以通过写预定义寄存器，很容易的实 现对编码参数进行配置，以满足不同打印d p i 的需求。同时，f p g a 的实时处 理性能是传统c p u 所不能比拟的。 印后工序的复杂化和多样化也要求印前印后控制系统要具有更高的性能和 更强的灵活性。此系统采用f p g a 可以方便地对印后设备进行模块化设计，归 一化硬件设计，针对不同的工序和不同设备仅需裁剪f p g a 模块即可。 本文基于f p g a 的喷墨系统互联设计，不论是从全数字化喷墨系统的无缝 连接的设计实现上来说，还是从f p g a 新技术在喷墨技术的应用上来说，都有 非常重要的意义。 1 4 主要研究内容 本文主要完成喷绘系统互联方案设计及设计实现。首先提出系统互联的设 计方案，而后分模块进行设计实现，最后提出系统深度互联研究方案。本文主 要研究内容如下： 首先，本文提出系统互联设计方案。先概述互联方案的整体结构；而后分 别描述各子系统设计方案，包括数据支持系统设计方案、打印支持系统方案和 印d 印后控制系统方案：最后提出喷墨系统深度互联研究方案。 其次，分别对各子系统设计方案进行逻辑设计实现。先对各子系统进行逻 哈尔演理t 人学t 学顾i ：学位论义 辑结构设计，而后分别对各模块进行逻辑设计，最后进行t e s t b e n c h 逻辑设 计。数据传输系统主要为打印设备提供打印数据，通过设计p c i c o r e 逻辑完成 p c i 外设总线和w i s h b o n e 内核总线的转接 5 - 7 1 ，各功能模块都挂接在 w i s h b o n e 总线上1 8 9 i ；打印支持系统主要为打印设备提供打印的线信号和页 信号，通过设计e n c o d e r 逻辑完成对实际编码器信号进行编码，从而输出特定 d p i 打印所需的线信号。通过设计t r i g g e r 逻辑完成对光电信号或色标信号的 检测，根据单页连续、单面双面打印属性进行编码，从而输出打印所需的页 信号；印前印后控制系统主要用来管理印前印后设备，以支持打印设备完成打 印作业的自动化和智能化，通过设计c u t t e r s t a c k e r 逻辑来控制印后设备，通过 设计d r y e m e r g e n c y 逻辑来控制印自订设备。各模块配置信息存取都采用 e e p r o m 模块，与上位机通信都采用r s 4 8 5 模块。 最后，详细描述喷墨系统深度互联研究方案，包括两部分：互联升级方案 研究和互联扩展方案研究。互联升级方案，通过采用更高端的控制总线和带宽 更宽的数据总线使互联系统具有更强的联通性，如c a n 和p c ie x p r e s s ：互联扩 展方案，通过更进一步的模块化、标准化打印设备接口，使更多的设备具备互 联特性，从而使互联系统具有更广的联通性。 哈尔滨删下人学t 学硕f 学位论文 第2 章喷墨系统互联整体方案设计 2 1 互联方案概述 喷墨系统互联方案结构如图2 - 1 所示。 图2 1 喷墨系统互联方案结构 f g 2 - 1p r i n ts y s t e mi n t e r c o n n e c ta r c h i t e c t u r e 打印内容由基于p c 平台的印捷系统处理后输出c m y k 打印数据，数据传 输系统把打印数据传输至打印设备，p c 平台通过u d p 协议交互控制打印设备 进行打印； 伺服系统用于提供纸张运动的步进信号。打印支持系统对步进信号进行编 码生成打印设备打印所需的线信号、页信号等，从而保证纸张运动与打印设备 的同步。 印前设备有纸张的输送( 包括纸张张力的检测与控制) 、纸张的套准、甚至 包括纸张的干燥等；印后设备有折页、配页、装订、裁剪或收纸等。印前印后 控制系统就是在自动化、智能化打印中管理印前印后设备。 各系统控制总线使用r s 4 8 5 总线互联于p c 服务器。 2 2 数据传输系统 数据传输系统主要为打印设备提供打印数据。数据传输系统在互联系统中 哈尔滨理t 人学t 学硕l j 学位论文 的接口结构如图2 - 2 所示。 数据总线数据总线 印：面 数据 爿交据输啼 打 捷 传输系统 印 系 ( f p g a ) 设 统 f r s 4 8 5 r s 2 3 2i 似 剑e e p r o m | 备 l 通信p 控制总线配置总线 图2 2 数据传输系统接口 f i g 2 - 2d a t at r a n s f e rs y s t e mi n t e r f a c e 数据传输系统主要完成p c i 外设总线和w i s h b o n e 内核总线的转接，各功 能模块都挂接在w i s h b o n e 总线上。印捷系统输出的打印数据由p c i 总线传送 给数据传输系统，数据传输系统对数据解析后传送到w i s h b o n e 总线，再由挂 接在w i s h b o n e 总线上的光纤收发i p 把数据传送给打印设备；控制总线数据由 挂接在w i s h b o n e 总线上的r s 4 8 5i p 读取状态或写入配置【1 0 】；配置总线由挂接 在w i s h b o n e 总线上的i i ci p 把配置数据传送给数据传输系统1 1 1 i 。数据传输系 统详细设计见第3 章。 2 3 打印支持系统 打印支持系统主要提供打印的线信号和页信号。打印支持系统在互联系统 中的接口结构如图2 3 所示。 l ： | 蛤e n ，c o ，d 刚e rb be n e o d e ri ，l 孺八m 跆j 广叫 二一i 士：厶i i l ，廿矗、 叫i 籀出n 鼯，l i , - 伺打 服lt r i p 口e r 【一 打印 尝 | o ：亏莓翟、匕 支持系统 一 l 一 印 系7 ，| 籀八l n 埒，广叫 ( f p g a ) 叫输出( n 路) l 设 统备 通信阿3 2b g 爿e e p r 。m 图2 3 打印支持系统接口 打印的线信号是通过对编码器输入信号输入) ，根掘打印所要求 的进行的编码输出信号 输出) ：页信号用来标示一页数据的丌始 哈尔滨胖t 人学t 学硕l ：学位论爻 或结束，通过检测光电信号或色标信- 号( t r i g g e r 输入) ，根据是单页连续打印、 单面双面打印进行的编码输出信号( p d 输出) ；上位机通过r s 4 8 5 r s 2 3 2 读取 写入e e p r o m 中对e n c o d e r 、t r i g g e r 、版本信息等配置信息【l o ，n i 。打印支持系 统详细设计见第4 章。 2 4 印前印后控制系统 印自 印后控制系统通过管理印前印后设备，来支持打印设备完成打印作业 的自动化和智能化。其在互联系统中接口结构如图2 4 所示。 l 控制输出e 1 il 、叫ir 印 印前印后 印 前 爿状态读取 控制系统 爿状态读取k 二 后 设设 备 ( f p g a ) 备 通信阿5 信r s 2 3 2be e p r o m 图2 _ 4 印前印后控制系统接口 f i g 2 - 4p r e p o s tp r i n tc o n t r o ls y s t e mi n t e r f a c e 印前印后控制系统通过r s 4 8 5 接收上位机命令，根据命令类型执行相应的 逻辑来控制印前印后设备动作，或者读取印前印后设备的状态后再经r s 4 8 5 发 送至上位机【l o j 。e e p r o m 为备选，用于存储配置参划1 1 】。印前印后控制系统 详细设计见第5 章。 2 5 喷墨系统深度互联 喷墨系统深度互联就是要求系统具有更强、更广的联通性。通过采用更高 端的控制总线和带宽更宽的数据总线使互联系统具有更强的联通性；通过更进 一步的模块化、标准化打印设备接口，使更多的设备具备互联特性，从而使互 联系统具有更广的联通性。喷墨系统深度互联研究详见第6 章。 2 6 本章小结 本章对喷墨系统互联提出设计方案，在后续章节分别做详细设计。 哈尔滨理t 人学下学硕f j 学位论文 第3 章数据传输系统逻辑设计 3 1 数据传输系统总体结构 3 2 1p c it a r g e tu n i t 逻辑结构 p c it a r g e tu n i t 逻辑结构如图3 2 所示 1 4 - 1 s 】。 j_i g o e 兰 p c i t a r g e t u n i t 一一可。一 叫。一j - f 。= 一一o l 馕兰；| _ r 一一 茔主 r “，n 善 1 ! 刚釉一_ _ l 镬。= 。il ，酬a d d r 。c s 。s o c 娜。 图3 2p c it a r g e tu n i t 逻辑结构 f i g 3 - 2p c it a r g e tu n i tl o g i ca r c h i t e c t u r e 8 如窝铲一：。 厂 ! 一 哈尔滨理t 人学t 学硕i j 学位论文 a d d r e s st r a n s l a t i o n ：p c it a r g e tu n i t 提供w i s h b o n e 端n 种内存镜 像，每一种镜像在p c i 总线的地址周期由地址数据来选中1 1 9 1 。p c it a r g e t u n i t 通过把从p c i 总线上接收到的地址数据与配置空问的基址寄存器( p b a ) 和地址标记寄存器f pm a ) 进行比较，就可以把其映射到内存空间或i o 空间。 另外，如果对配置空间的地址转换寄存器( pt a ) 进行配置，还可以实现p c i 总 线端和w i s h b o n e 端使用不同的地址来访问镜像空间。详细设计见3 2 2 章 节，详细逻辑结构图见附图1 2 所示。 p c it a r g e t 模块：p c it a r g e t 模块是一个遵从p c il o c a lb u s s p e c i f i c a t i o nr e v 2 2 协议标准3 2 b i t 6 6 m h z 的从设备接e l1 2 0 l 。它主要处理 w i s h b o n e 地址空间和配置空问镜像的读写周期。 p c i wf i f o 和p c i rf i f o ：p c it a r g e t 模块使用p c i wf i f o ( p c i 写 f i f o ) 来存储p c i 主设备发起的内存或i o 写周期。p c i 总线决定写周期到 p c i wf i f o 中的速度，但是w i s h b o n e 总线可以控制从p c i wf i f o 中读取 写周期的速度；w i s h b o n em a s t e r 模块使用p c i rf i f o ( p c i 读f i f o ) 来存 储w i s h b o n e 从设备读取的数据。w i s h b o n e 总线决定写p c i 读周期数据 到p c i rf i f o 中的速度，但是p c i 总线可以控制从p c i r f i f o 中读取读周期 的速度。详细逻辑结构图见附图1 3 所示。 w i s h b o n em a s t e r 模块：w i s h b o n em a s t e r 模块是一个遵从 w i s h b o n es o ca r c h i t e c t u r es p e c i f i c a t i o n , r e v i s i o nb 3 协议标准的w i s h b o n e 主设备接口 2 1 1 。通过w i s h b o n em a s t e r 模块，p c i 主设备就可以向 w i s h b o n e 总线发送请求信号。 d e l a y e d ：有两大时钟域p c i 总线时钟和 总sync p c i c o r ew i s h b o n e 线时钟。d e l a y e ds y n c 主要用束同步两大时钟域的时钟。详细逻辑结构见附图 1 4 所示。 3 2 2 地址译码逻辑 地址译码逻辑结构如图3 3 所示。所有的a n d 模块和o r 模块都是按b i t 操作运算的。 基地址写入基址寄存器( b a s ea d d r ) q b ，地址标记寄存器( m a s ka d d r ) 定义了 一个镜像空问的大小，且决定了有多少已标记的b i t 位被地址转换寄存器 ( t r a n a d d r ) 所替换。地址标记寄存器允许被标记的地址b i t 从最高位( b i t 3 1 1 ) 至0 第1 2 位( b i t 1 1 】) ，所以可以配置的最小单元为4 k b 。通过对输入地址和基址寄 哈尔滨理下人学下学顾f j 学位论文 存器被标记的b i t 进行比较可以判断一个地址是否落入到正确的地址空间。每 个镜像都可以被映射到内存空间或i o 空l 日j ，它由地址空i b j 映射标志位 ( a s m ) ，即镜像的p b a 寄存器的最低位( b i t 0 ) 决定，a s m 为o 则表示映射到 内存空问，为1 则表示映射到i o 空间。 鬯 一 i 一 1 一- 一 。一一j 一1 ；鼍1 0 r 一一一il l _ _ _ r 。匕芝：。竺9 i 一1 4 二二 ki _ 1 3 ：o j j，t 1 乜：_ 、o110，=二：吒二oi i ： 蜘u _ = f 卜虻竺 - 曲i n 3 1 ：oj a 削ri 3 l ：加j l ? 。i 一 “”s | f-。 一一一一一i 由 删rh i t 孵 ! ， d 二 - 一! 眇 一。 1 0 ：一c 二二：二= ：l ： i + i 二r 兰- ，r 吖“生岬2 e _ - 一。 一； i _ ： ，+ 二r i ：一二：_ ，b b s ea d d rm a s ka d d rt r a na d d r 。f 一一 毒毳暮pci_pci_decoder 三三三 善毛+罨 一 曼 图3 - 3 地址译码逻辑结构 f i g 3 - 3a d d r e s st r a n s l a t i o nl o g i ca r c h i t e c t u r e w i s h b o n e 地址空间1 m b 镜像( 0 x 1 0 1 0 ( o ) 0 0 一o x l 0 1 f f f f f ) 配置过程如 下：上位机必须先写数值0 x 1 0 1 0 0 x x 0 到一个镜像的pb a 寄存器中( 寄存器的 l s b 设置成0 表示是内存空问镜像) ，配置不受低1 2 b i t 的影响。上位机再写数 值0 x f f f 0 0 x x x 到相应镜像的pa m 寄存器中。pa m 寄存器的数值 0 x f f f 0 0 0 0 0 表明从p c i 接收到的地址a d 3 1 ：2 0 用来和pb a 3 1 ：2 0 进行比 较，如果数值相等，则此镜像被选中。a d 1 9 ：0 定义了1 m b 的地址空间。 如果一个选中的镜像地址转换使能，那么用pt a 寄存器替换pb a 寄存 器的内容，替换b i t 由pm a 决定。实现过程如下：如p c i 地址空问映射为 0 x 1 0 1 0 0 0 0 0 一o x l 0 1 f f f f f ，然而w l s h b o n e 总线的地址空l 日j 需要映射为 0 x 0 1 0 0 0 0 0 o i o f f f f f 。那么先写数值0 x 1 0 1 0 0 x x 0 到相应镜像的pb a 寄 存器中；再写数值o x f f f o o x x x 到梢应镜像的pa m 寄存器中，最后写数值 哈尔滨理t - 人学t 学硕i ：学位论义 0 x 0 1 0 0 0 x x x 到相应镜像的pt a 中。这样就实现了灵活的地址空间配置。 3 2 3p c i 到w i s h b o e n 写事务 所有的写事务都发起于p c i 总线结束于w i s h b o n e 总线，都采用p o s t e d 写方式。p c i 总线写请求被p c it a r g e tu n i t 接收后，就开始声名写周期， 写周期数据存储在p c i wf i f o 中。 如果一个镜像被映射为i o 空间，a d i i ：0 标明处理的最低有效位，字节使 能b 脒【3 ：0 】标明双字传送中字节的大小。a d i ：0 和b e 撑f 3 ：0 1 设置必须保持一 致，如表3 - 1 所示，其它的所有组合都无效，p c i 总线的无效组合访问会以从 设备终止而结束。 表3 - 1i o 映射的a d i i ：0 希ib e 挣【3 ：0 】组合 t a b l e3 - 1a d p ：o 】a n db e # 3 ：0 】c o m b i n a t i o n sf o ri om a p a d 1 ：0 】 起始字1 了 b e # j 3 ：0 编码 0 0 b y t e0 x x x o 0 1 b y t e1 x x 0 1 1 0 b y t e2 x 0 1 1 1 1 b y t e3 0 1 1l 如果一个镜像被映射为内存空间，a d 3 1 ：2 提供一个双字对齐的地址， a d i ：0 m 来标示猝发模式，如表3 2 所示。 表3 2 内存映射的猝发模式 t a b l e3 - 1b u r s tm o d ef o rm e m o r ym a p a d i ：0 】 猝发模式 0 0 线性增长 0 1 保留 1 0 缓存模式( 现逻辑暂不支持) 1 l 保留 p c i 写事务到p c i wf i f o 完成后，w i s h b o n em a s t e r 发起一个 w i s h b o n e 总线写周期，此模块可以采用单一方式或块方式来进行 w i s h b o n e 写周期，w i s h b o n e 总线块方式写的数据长度必须和p c i 总线猝 发数据长度保持相同。 p c i c o r e 对写周期实行了一个错误报告机制，监测的写周期为在p c i 总线 上已经接收，但在迟后的w i s h b o n e 总线上以一个错误被终止。使用错误报 哈尔滨理t 人学t 学顾t j 学位论文 告寄存器来提供错误报告，而p c i 错误控制状态寄存器( pe r rc s ) 的错误使 能位e r re n 必须使能。每一个错误寄存器分别存储w i s h b o e n 总线的读事 务错误终止信息的一部分。pe r rc s 寄存器错误标示b i te r rs i g 值为1 使，表明有一个错误记录；寄存器的b c 部分存储的是p c i 总线命令；寄存器 的b e 部分存储的是字节使能信息；pe r ra d d r 寄存器存储的信息是错误 发生时，w i s h b o e n em a s t e r 模块试图访问的3 2 b i t 地址；pr r rd a t a 寄存器存储的信息是错误发生时，w i s h b o n e 总线上传送的3 2 - b i t 数据。产 生错误的写事务的剩下部分丢弃，其它后续事务正常处理。 3 2 4w i s h b o e n 到p c i 读事务 读事务由外部p c i 主设备发起，视为延时的读事务处理。延时的读事务必 须在w i s h b o n e 总线上先于p c i 总线上完成。p c i c o r e 现仅支持每次处理一 个延时的读请求。 外部主设备发起的读事务的地址空间落在从设备的镜像地址空间时，一个 读事务才开始。p c it a r g e t 模块返回重试信号( r e t r y ) 来结束操作，同时存储 地址和字节使能信息。然后w i s h b o n em a s t e r 模块执行一个w i s h b o n e 总线单一或块读周期，把读取的数据存储在p c i rf i f o 中。最后在主设备重 新发出读请求时，p c it a r g e tu n i t 模块把存储在p c i r f i f o 中的数据传送 到p c i 总线上。 p c i 总线的读事务完成后，执行h u s h 命令冲刷掉p c i rf i f o 中未读取的 数据。如果p c i rf i f o 读空，但p c i 总线还未结束读事务，则p c it a r g e t 以从设备断开连接结束操作，如果外部p c i 主设备还需要读取数据，则必须重 新发送读请求。 w i s h b o n e 从设备在读事务传输过程中，用确认信号( a c k n o w l e d g e ) 、重 试信号( r e t r y ) 和错误信号( e r r o r ) 来标示事务状态。a c k n o w l e d g e 是在数据传输 期间正常终止信号，标明数据已存储在p c i rf i f o 中等待外部p c i 主设备读 取数据；r e t r y 是在非数据传输发生期问正常终止信号，如果p c i 主设备在首 次读传输中接收到r e t r y 的话，w i s h b o n em a s t e r 模块将重复发送r e t r y 信号直到p c i 主设备接收到其它终l e 信号；e r r o r 终止信号存储在p c i rf i f o 中，表明w i s h b o n e 总线的读周期不再重试。当外部p c i 主设备在p c i 总线 上再次发送读请求时，p c it a r g e t 模块以从设备终止结束。 外部p c i 主设备在访问1 0 映射镜像时，如果采用了无效的a d 1 ：0 1 和 哈尔滨理丁人学t 学硕f 学位论文 b e 舟【3 ：0 】组合来发起读事务，则p c it a r g e tu n i t 模块会以从设备异常终止 来结束读传输，而不会产生任何对w i s h b o n e 总线的访问。 3 3 配置空间模块 3 3 1 配置空间划分 配置空间划分为两部分：一部分用于p c it a r g e tu n i t 模块寄存器，另 一部分保留用作p c i 主设备，p c i 配置空间头信息占用2 5 6b y t e 。p c i 设备和 w i s h b o n e 设备都可以访问全部配置空间，访问配置空间只能使用单一方式 读周期和单一方式写周期。配置空间所有寄存器的宽度为3 2 - b i t 且地址间隔 8 b i t ，所有p c i 总线的访问都是双字对齐的。 胃砖目雪# 三鹜万 p c i 主设备可以使用内存访问命令来访问配置空间的所有寄存器，使用配 置访问命令来访问配置空间的头2 5 6 字节。读周期时，p c i c o r e 正常终止所有 首次配置空间访问的数据周期( 预取数据) ，后续数据周期以从设备无数据断开 终止( 表明为非从设备数据读) ；未使用的配置空间不受写周期的影响，如果读 取则返回全为0 。 w i s h b o n e 从设备模块只能通过w i s h b o n e 总线对配置空间进行读操 作。对于w i s h b o n e 从设备来说，配置空间的基地址是预先定义好的而不能 被修改。w i s h b o n e 从设备可以发起对配置空问的读写操作，但配置空间的 配置寄存器不受其写周期影响。如果w i s h b o n em a s t e r 试图访问配置空问 未使用的部分，则配置空间不受写周期影响，读周期返回的数据全为0 。 哈 j ：i e 理t 人学下学硕l j 学位论文 配置周期是访问配置空间的另一种方式，只有从设备以t y p e o 方式才可以 访问，且仅能访问配置空间的低2 5 6b y t e 。配置周期的寻址不同于p c i 总线上 正常的数据读写周期。详细信息参考p c l o c a lb u ss p e c i f i c a t i o nr e v2 2 c h a p t e r3 1 1 , “c o m m a n dd e f i n i t i o n ”。 3 4p c ic o r e1 0 模块 p c i c o r e1 0 模块包括i o 复用逻辑和数据输入输出寄存逻辑【2 2 2 3 1 。1 0 复用 逻辑采用b u f i f o 结构，而数据输入输出寄存逻辑采用双稳态触发器结构。 3 5p c ic o r e 奇偶校验模块 p c i c o r e 奇偶校验逻辑结构如图3 - 8 所示。 j 嚣毫篇：刊：一i p c i _ p a r i t y _ c h e c k ：麓麓：= ： 鼬二二，。ll 二- ：v 二二：雌喜一一”_ ，丌_ 脚_ c m 二一一，一上一“。粤咧器一二一一，一譬! 备山t 一一一一r 矗一十一_ 一二一”，”卫_ _ - 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