[发明专利]一种基于FPGA的数据串行传输控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的数据串行传输控制系统，用于两个FPGA之间的数据传输和控制，其特征在于，所述控制系统包括依次连接的协议模块、仲裁模块和子功能模块，子功能模块用于对数据串行传输控制系统进行数据传输功能配置；仲裁模块通过扩展接口与子功能模块相连接，并根据仲裁协议的传输顺序执行接入仲裁模块的子功能模块的输出数据，或将从协议模块接收到的输入数据分发到对应的子功能模块；协议模块提供统一的数据收发协议。本发明技术方案针对现有技术中FPGA数据串行传输结构复杂、传输协议混乱、扩展性差的情况，通过将不同功能封装成不同的子模块，结合仲裁模块和协议模块，可以保证多种数据传输请求的有序、稳定执行。

技术领域

本发明属于数据传输控制领域，具体涉及一种基于FPGA的数据串行传输控制系统及方法。

背景技术

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。在AOI自动光学检测行业中，经常会使用fpga做为相机的主控处理传输单元进行数据传输。但是实际上，由于实际情况的多样性，相机以及fpga的数量经常会随着需求进行变化，再加上数据量与日俱增，并行传输的稳定性，速率远不能满足需求，因此需要利用fpga进行串行数据传输的架构搭建。

传统的FPGA在互联时，通常是收发器互联之后自建私有协议，不同的FPGA之间一般是通过GT收发器自建私有协议。但是这种自建私有协议的数据传输形式在实际的使用中还是存在诸多的问题。例如现有技术中，一般是采用xilinx transceiver直接使用的形式，采用8b10b带charisk mask字符的非标接口，作为数据流接口，不存在阻塞，握手，使用时难以理解和操控。。多lane之间的数据同步(channel bonding)和接收与发送之间的时钟修正(clock correction)需要手动同步。又例如，传输过程采用没有握手的数据信号的方式，如果没有控制好传输的间隔以及传输带宽，如果前后级带宽不匹配，很容易造成数据丢失。没有错误监控机制，不能很好的定位问题。除此之外，在FPGA的传输协议上，各个链路层的协议没有明确区分开，不同的功能性区域之间的信息交流常常处于混乱无序的状态，缺乏有效的数据，最后导致在多种功能的耦合性过强的同时，又缺乏清楚的条理，最终导致FPGA的数据传输效率低下。进一步地，在扩展性方面，现有技术中，由于链路层各个功能的耦合性过强，在实现高度集成的同时，所带来的问题就是任何一个功能的增加与裁剪，其过程都变得十分复杂。

因此，对于现有技术中的基于FPGA的数据传输，尤其是图像数据的传输，还是存在很多的问题，主要集中在：物理层协议的不标准化，没有使用通讯原理中的扰码校验，以及时钟修复功能，导致物理层的稳定性较差；不同传输模块的传输流量大小不同导致传输数据的丢失；模块接口不具备临时阻塞的功能，数据流只能持续输送，不能暂停等待；各种传输控制功能不能明确区分，不同功能性模块的耦合性过强，导致在进行功能的增加和裁撤上具有一定的难度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于FPGA的数据串行传输控制系统及方法，至少可以部分解决上述问题。本发明技术方案针对现有技术中FPGA数据串行传输结构复杂、传输协议混乱、扩展性差的情况，通过将不同功能封装成不同的子模块，结合仲裁模块和协议模块，可以保证多种数据传输请求的有序、稳定执行。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于FPGA的数据串行传输控制系统，用于对FPGA的数据串行传输进行控制，其特征在于，所述控制系统包括依次连接的协议模块、仲裁模块和子功能模块；其中，所述子功能模块用于对数据串行传输控制系统进行数据传输功能配置，每个子功能模块优选对应FPGA的一种数据传输任务；

所述仲裁模块通过扩展接口与子功能模块相连接，并根据仲裁协议的传输顺序执行接入仲裁模块的子功能模块的输出数据，或将从协议模块接收到的输入数据分发到对应的子功能模块；