接口和物理/鏈路模塊的握手協(xié)議? - 復(fù)雜模塊接口的獨立設(shè)計

　　物理層/鏈路層模塊和接口的握手協(xié)議在IEEE-1394A中沒有定義，給設(shè)計者留下了思考的空間。1394總線系統(tǒng)本身旨在提供一種高速的數(shù)據(jù)傳輸方式, 而物理/鏈路接口處于所有數(shù)據(jù)流必經(jīng)的通路，所以在設(shè)計協(xié)議時，我們的目標(biāo)是盡可能地減小數(shù)據(jù)流通過接口的延遲，以避免接口的“瓶頸”效應(yīng)。

　　基于以上的考慮，我們考慮了這種方案：

　　(注：由于物理層和鏈路層模塊處于對等的地位，限于篇幅，我只描述物理層模塊的情形，鏈路層模塊以此類推。)

　　在上述方案中，各引腳功能定義如下：

　　Preq_En[1:0]是物理層數(shù)據(jù)包傳輸使能位,而且代表請求的優(yōu)先級。2 'b00代表無請求，2 'b01代表該請求具有最高的優(yōu)先級，可以終止現(xiàn)在的正在操作的請求，2 'b10代表請求優(yōu)先級較低，它將等待接口正在處理的請求完成后再執(zhí)行。

　　Preq_Data[31:0]是物理層請求數(shù)據(jù)，包含請求類型，包長度，速度及相關(guān)參數(shù)。0~15位請求相關(guān)數(shù)據(jù)，16~31位數(shù)據(jù)包長度及格式信息，最大情況支持65536個32位字節(jié)組成的數(shù)據(jù)包(可以容納協(xié)議中最大的數(shù)據(jù)包)。

　　Preq_Pkt[31：0]是物理層數(shù)據(jù)包輸入端口，一次能夠輸入一個32位字節(jié)。

　　PktUpdt_Req是數(shù)據(jù)包輸入端口數(shù)據(jù)更新請求位，物理數(shù)據(jù)包輸入端口上的字節(jié)已經(jīng)傳輸完畢，請求更新數(shù)據(jù)以便傳輸。

　　Link_Pkt[31：0]是鏈路層數(shù)據(jù)包輸出端口。

　　Link_Pkt_On是鏈路層數(shù)據(jù)包到達(dá)指示。用以判斷鏈路層的新數(shù)據(jù)是否被傳輸完畢。

　　INTF_Busy是接口物理層模塊忙指示，1表明此時接口忙。用以判斷總線上的數(shù)據(jù)包(物理層接收的數(shù)據(jù)包)是否可以向鏈路層傳輸。

　　在總線數(shù)據(jù)包即將向鏈路層傳輸時，接口先置位INTF_Busy，阻止在此操作的同時，阻止其他的總線數(shù)據(jù)包向上傳輸。與此同時，置位Preq_En，設(shè)置請求使能和優(yōu)先級。接著當(dāng)接口物理層模塊做好準(zhǔn)備后，置位PktUp-dt_Req，物理層模塊檢測到該信號置位后，立即把數(shù)據(jù)放在Preq_Data上。接口物理層層模塊傳輸完后，再次置位PktUpdt_Req以得到數(shù)據(jù)包的下一個字節(jié)，同時接口內(nèi)部計數(shù)器加一，在重復(fù)該過程，直至該數(shù)據(jù)包被傳輸完畢。當(dāng)鏈路層有數(shù)據(jù)包要求傳至總線上時，接口物理層模塊轉(zhuǎn)交總線控制權(quán)，同時置位INTF_Busy，阻止總線上的數(shù)據(jù)包上傳。當(dāng)接口物理層模塊接收到數(shù)據(jù)包的第一個32位字節(jié)后，置位Li-nk_Pkt_On，同時置位Link_Pkt。物理層模塊檢測到Link_Pkt_On后讀取Link_Pkt上得到第一個32位數(shù)據(jù)包，計數(shù)器加一，重復(fù)此過程，直至該數(shù)據(jù)包接收完畢。

　　在實際的應(yīng)用過程中，我們采取了提前準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的方法，在每個32位字節(jié)最后一位開始傳輸?shù)耐瑫r，發(fā)出更新數(shù)據(jù)的請求，使數(shù)據(jù)包從物理層模塊傳輸?shù)芥溌穼幽K的過程中，基本上沒有握手協(xié)議上的延遲。

　　設(shè)計之初，我們曾經(jīng)考慮過把請求數(shù)據(jù)位用一個控制數(shù)據(jù)包代替，并把所有數(shù)據(jù)一次性地讀到一個ram中去，并用ram的讀寫協(xié)議進(jìn)行操作。

　　容易看出，改進(jìn)后的協(xié)議在處理大的數(shù)據(jù)包時顯現(xiàn)出了無法比擬的優(yōu)勢，付出的代價是增加了握手信號的數(shù)量，由于這些信號線處于模塊內(nèi)，相對增加的成本微乎其微。

　　八、多個數(shù)據(jù)包處理狀態(tài)機(jī)化簡合并

　　在協(xié)議中規(guī)定接口必須完成傳輸多種格式和功能的數(shù)據(jù)包。對各種數(shù)據(jù)包，其傳輸方式也各不一樣。類似地，對接口物理層模塊的每種請求相應(yīng)的操作也都不一樣。我們考察各種請求操作流程后，我們對這些流程進(jìn)行的多次化簡歸納，最后采用了如下這種狀態(tài)機(jī)。

　　在接口物理層模塊和鏈路層模塊實現(xiàn)時，我們采用了一個主狀態(tài)機(jī)和一個從狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)。

　　采用了主狀態(tài)機(jī)和從狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)，不僅很大程度上簡化了狀態(tài)機(jī)，而且是結(jié)構(gòu)清晰，其次操作相近的仲裁請求包被合為一類，并依據(jù)請求類型來編寫從控制狀態(tài)機(jī)。在實現(xiàn)過程中，在主從狀態(tài)機(jī)的前提下我們開始使用另外一種依據(jù)Ctrl控制線的狀態(tài)編寫從控制狀態(tài)機(jī)。從綜合后的結(jié)果來比較，現(xiàn)在的這個改進(jìn)狀態(tài)機(jī)節(jié)省了50%以上的資源。從這點看，可見同樣的功能，不同的設(shè)計會產(chǎn)生截然不同的效果。

　　九、Ctrl和Dn定時匹配

　　在IEEE-1394A協(xié)議中要求支持?jǐn)?shù)字微分編碼器(digital differe-ntiators)，所以接口引入了微分編碼延遲。此時，從數(shù)字信號產(chǎn)生到接口相應(yīng)信號線上的延遲如果超過半個SClk時鐘周期，可以依據(jù)IEEE1394-2000A協(xié)議推斷出：對應(yīng)的接收模塊不能準(zhǔn)確地接收到有效信號。所以數(shù)字微分編碼器的設(shè)計成為了整個設(shè)計的“瓶頸”之一。

　　十、結(jié)束語

　　把復(fù)雜協(xié)議內(nèi)部模塊間的接口獨立出來進(jìn)行設(shè)計，是一種加快和簡化設(shè)計過程、提高設(shè)計可重用性和可維護(hù)性的好方法，值得重視和推廣。目前國外產(chǎn)品一般采用鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)，把外部時鐘倍頻至SClk的八倍頻以作為系統(tǒng)的工作頻率，而本接口設(shè)計只有部分電路用了SClk的兩倍頻，在很大程度上降低了對元器件的要求和系統(tǒng)的功耗。

　　PHY/link接口在IEEE-1394協(xié)議中具有非常重要的作用，對芯片處理速度的提高有較大的影響。本文通過對該接口的分析，提出了解決該接口設(shè)計難點的方案。以上方案經(jīng)過FPGA布線后仿真測試，證明是切實可行的。?