面向下一代网络的网关接口芯片设计与实现

控制流

如图1所示，母板上采用了AMD公司的Elan520，由于该CPU采用的是专用的GP_BUS总线协议，与片外SRAM通讯需做一定处理。另外，OBCI3是我们自行设计的专用处理芯片，其CPU总线接口采用Intel-386总线协议格式，因此，FPGA必须提供两组总线读写操作之间的逻辑映射。同时，OBCI3本身支持DMA模式存取SRAM，因此，FPGA还必须提供DMA接口的控制功能。

图3是在FPGA具体实现中所采用的状态机，系统共有4个状态，状态翻转的信号见图3右下侧，低为有效。当CPU没有总线操作时，系统为空闲状态；当CPU需要进行SRAM操作时，SRAM片选信号有效，系统进入OBC SRAM 存取状态，在此状态下，FPGA将CPU的操作映射为标准的SRAM时序，从而完成SRAM的读写操作。FPGA同时监测OBCI3的DMA请求信号，当状态为OBCI3 SRAM 存取时，如果CPU授权DMA请求，FPGA则激活OBCI3的HOLD_OUT信号，使OBCI3获得系统总线控制权，并启动DMA模式直接存取片外SRAM，从而大大加快了系统处理的速度。当CPU需要与OBCI3进行通讯的时候，系统进入OBCI3 存取状态，在该状态下，FPGA将异步的GPBUS总线逻辑的读写操作映射为同步的Intel-386接口时序，见图4。图中上半部分是GPBUS的读写时序，而下半部分则是经过FPGA映射后输出的标准386 CPU接口时序。图中箭头标明了两组总线控制信号之间的时序关系。

设计实现

本设计采用Xilinx的Spartan3-XCS1000实现。Spartan3系列器件采用90nm工艺，具有丰富的内部资源，包括17280个逻辑单元，120Kbit的分布式RAM和432Kbit的Block RAM，并提供了丰富的引脚接口类型。设计利用Synplify Pro 7.7进行综合，在ISE8.1中完成布局布线。经过系统验证，完全符合系统要求，现在已经进行批量生产。

结语

为顺利向下一代网络结构过渡，本文设计了NGN网关设备中的接口芯片，该芯片能够提供设备所需要的多种逻辑功能，极大地简化了电路板的设计。同时，设计本身采用可扩展的设计结构，可以满足系统扩展的要求。采用Spartan3系列FPGA实现，经过系统测试，完全符合设计需求。