贝利SPNIS21

发布时间：2019-08-14 06:59:19

ABB 贝利SPNIS21

随着数字信号处理技术的不断发展，大容量可编程逻辑器件的不断涌现，FPGA技术越来越多地应用在大规模集成电路设计中。在此硬件系统设计中，经常会遇到需要大容量的数据存储的情况，下面我们将针对FPGA中内部BlockRAM有限的缺点，提出了将FPGA与外部SRAM相结合来改进设计的方法，并给出了部分VHDL程序。

2硬件设计

这里将主要讨论以Xilinx公司的FPGA（XC2S600E-6fg456）和ISSI公司的SRAM（IS61LV25616AL）为主要器件来完成大容量数据存储的设计思路。

FPGA即现场可编程门阵列,其结构与传统的门阵列相似,大量的可编程逻辑块(CLB,ConfigurableLogicBlock)在芯片中央按矩阵排列,芯片四周为可编程输入/输出块(IOB,Input/OutputBlock),CLB行列之间及CLB和IOB之间具有可编程的互连资源(ICR,InterConnectResource)。CLB、IOB和ICR都由分布在芯片中的SRAM静态存储单元控制，SRAM中的数据决定FPGA的功能,这些数据可以在系统加电时自动或由命令控制从外部存储器装入。

在进行数据存储时，可直接将数据写入FPGA内部的BlockRAM中，在一定程度上减少了FPGA的资源分配。但FPGA内部自带的RAM块毕竟是有限的，当需进行大容量数据存储时这有限的RAM块是远远不能满足系统设计要求的。此时，就需要将FPGA与外部RAM相结合完成大容量数据存储。具体硬件电路如图一所示：

具体硬件电路

3IS61LV25616AL功能简介

IS61LV25616AL是IntegratedSiliconSolution公司（ISSI）的一款容量为256K×16的且引脚功能完全兼容的4Mb的异步SRAM，可为Xilinx公司的Spartan-2E系列FPGA提供高性能、高消费比的外围存储。除了256K×16异步SRAM外，ISSI还提供128K×16、512K×16、256K×8、512K×8和1M×8的异步SRAM。IS61LV25616AL引脚结构框图如图二所示：

IS61LV25616AL引脚结构框图

3.1主要特征

(1)工作电压：3.3伏；

(2)访问时间：10ns、12ns；

(3)芯片容量：256K×16；

(4)封装形式：44引脚TSOPII封装，也有48引脚mBGA和44引脚SOJ封装；

(5)采用0.18μm技术制造。

3.2引脚功能

(1)A0～A17：18位的地址输入线；

(2)IO0～IO15：16位的三态数据输入输出线；

(3)写控制线；

(4)片选信号；

(5)输出使能信号；

(6)低字节、高字节使能信号；

(3)～(6)的控制线均为低电平有效。

3.3控制逻辑电路设计

如图三所示，控制逻辑由FPGA来实现。主要包括读地址产生器、写地址产生器、读写时钟信号产生器及读写控制等几部分。下面分别加以讲述。

控制逻辑电路

(1)写地址产生器：由于设计时采用256K×16的SRAM，故有18位地址，写地址产生器用18位计数器实现。靠外部时钟驱动，每进行一次写操作后,读写控制单元产生计数脉冲，使其增1，直到18位计数器计满再循环写入地址为0的空间。

(2)读地址产生器同上，也采用18位计数器实现，根据系统要求，每隔一定的采样周期将读地址指针偏移一定偏移量，并从该位置读取数据。

(3)读写地址选择器由于读写地址复用管脚，因此在读写操作时，必须选通相应的地址。这就需要由FPGA控制芯片上的等控制信号来对SRAM进行读写的操作。

(4)此外，由于读写之间的切换，数据线上的数据在切换瞬间如不加处理会出现混乱现象。因此，为避免读、写操作发生冲突，数据线呈三种状态，读数据、写数据及高阻态。在从写到读的过程中需给数据线上送高阻态。

(5)当需要对SRAM进行写操作时，由FPGA控制产生写地址选通信号，该选通信号为一单脉冲形式，如图四中该脉冲下降沿触发SRAM，告知开始对RAM进行写操作，使FPGA输出写地址，同时给数据线上送数据。在写操作期间，片选信号始终保持低电平，而写地址选通信号上升沿到来时使写地址计数器增1。以此类推，通过写地址选通信号高低电平变化完成对数据依次写入。需要注意的是，地址线和数据线在为高时可同时赋新值，但只有在变低后赋予数据线上的新值才有效。

脉冲下降沿触发SRAM

对SRAM进行读操作相对较简单，在进行读操作期间，始终为低电平，始终为高电平。每进行一次读操作，地址按系统要求变化一次。同时注意，地址的变化时刻总要先于数据的变化时刻。图五为RAM读操作时序。

RAM读操作时序

以下是一段用VHDL语言描述的控制RAM的读写操作时序的程序代码：

程序

程序中，在进行读写操作时，片选使能信号CE_SRAM及输出使能信号OE_SRAM始终为低电平。

第0时刻到第2时刻在进行写操作：第0时刻地址线addr_SRAM和数据线data_SRAM同时赋新值，控制线WE_SRAM、LB_SRAM、UB_SRAM要经历一个窄脉冲的变化过程，RAM在获取到此控制线下降沿信息后，便知开始进行写操作。需要注意的是，虽然数据在第0时刻已赋到数据线上，但因为写操作是控制线低电平有效，所以数据线上真正发生数据更新是在控制线变为低电平之后，因此，数据线上的实际更新时刻是在第2个时刻。

第3、4状态是进行读操作：在读写转换时刻，也就是在第3时刻如前所述需给数据线上送高阻态。这样，读取数据的时序关系由系统时钟进行控制，在第3时刻给地址线上送要读取的地址，第4时刻将数据端口上的数据送出。这里需注意的是，读取数据要比读取地址晚一个时刻。从而，完成了对外部RAM的读写操作控制。

4结论

该系统已应用在罗兰—c导航接收机的信号处理中。实验证明，此设计可靠稳定地完成了大容量高速异步数据存储，进一步提高了系统的性能。

VITRONIC SPS Typ: 60067

ROEMHELD 1546105

WAF30 DT71D4/BMG/TF/IS

6FX1120-4BD03

SIEMENS 6ES7 214-1BD22-0XB0

SICK C4000 C40E-1503AH030

AHP Merkle HZ 250.50/32/450.03.204 M

SKF GE 140 ES-2RS

PK250-2 116-010114E

BLZMS2-251-2-50/32/30.00-206/M1

REIS Robotics 2963858 01EE105

HT-FB-VW-02/070-VH 230V

FRIZLEN FA 3121502

6FX1120-4BD03

Siemens TDS 120A2Z

FANUC A14B-0076-B00

SIEMENS 6SC6170-0FC50

6ES7 314-1AG13-0AB0 6ES7 953-8LF20-0AA0

TR Electronic XH81M Art.Nr.:8042-00008

SIEMENS 6RA4001-1AA01

SIEMENS 6RB2000-0NB00

BECKHOFF C9900_A179.4 V2

Siemens 6RA-8261-2CA00

Siemens 6RA-8261-3B

USAREM-05CE2K

M-034WN

SL12IV23F

KUKA 339.89 / 339-89.229

KUKA INZ 52/6

KUKA INZE 33/14

FRENO 04 MS/FM-308

Berger Lahr SER397/4L7SS0TO

Omron R7M-A40030-S1

SICK DME5000-111

LEUZE OMS1/100 IS - 500 32738

Danfoss VLT5006 175Z0146

SER3913/4L3SS0TO

MDX61B0014-5A3-4-0T + BW090-P52B

Siemens 6GK1241-3SA00 Simatic Net CP2413

SIEMENS nash_elmo G200 2BH1400-7AH21-ZN03

PHILIPS 9407-923-00091

Siemens 6SE6420-2AD25-5CA1

RS20 - 1600

W20 DT71D4/TF

RH-M 0500 D53 1 P102

VT3006 S35 R5

SHYC-H 35-20

DE-STA-CO 726D40342-2

VK6V160L10 L3059915 5202222

SCHUNK PGN+125/2 AS

DSDU1072E25K

VT11037-12 R900562056

Allen Bradley OSAI OS 5551

Allen Bradley OSAI OS 5630

Allen Bradley A-B 8600 Monitor OSAI 69310 CE745W12K39GR

Allen Bradley 8000 888 C

REIS IRT SA 7500.153.100

HT-FB-VW-02/070-VH 115V

C40E-1504CF010

MITSUBISHI MELSEC-Q QJ71PB93D

FR-E540-0,75K-EC

FAS 4014 0,75 KW FAS 4000

Siemens 300 6ES7 312-5BE03-0AB0 CPU312C

TR Electronic CE 65M Drehgeber Art.Nr. 110-00984

tecsis F23C1 1410022

Danfoss VLT2805 195N1008 VLT 2800

SMT SWISS CNC 571-041-018

34S503-0700-D03JD-08

Siemens 6 ES 5726 - 3DB00

Festo DNC-125-160-PPV-A

SMT SWISS CNC 571-505-001 I/O

SEW R17 DT71D4/BMG/MM03

WA37B,DRS71S4/ASE1/TF

Allen Bradley 2094-AMP5-S

QS0J65BTB2-12DT

FDS5015/L

Siemens Simatic S7 6ES7 350-2AH00-0AE0

TR Electronic ZH81 260-00002

Siemens 6ES7864-0AF01-0YX0

Mitsubishi F930GOT-BWD-E

BV:8/2-525-132-2 TYP 4677

P421SGR0100ME

SMT SWISS CNC 571-043-028

Siemens C79458-L716-A131

MKD025B-144-KG0-KN

MOXA ED6008

SGMAS-08ACAHC61 HPG-40A-21-J601A-SP

SMT SWISS CNC 571-504-004

OMRON CJ1W-ETN11

Festo SLT-10-30-P-A 170556

KUKA KVGA 1.0-71-039-276 2049F-1

6ES7416-2XK02-0AB0

Siemens Simatic 6ES7 340-1AH02-0AE0

RF27 DR63L4/BR/TH

Siemens Simodrive 6SC 6100-0GB11

MM05D-503-00

Siemens 6ES5955-3LC14

SIEMENS 6GK1415-2BA10

Siemens 6AV6611-0AA51-2CA5

MITSUBISHI AJ65-BT-64DAV

PULS QT40.241 DC

Siemens Simatic S7 6ES7 432-1HF00-0AB0

GILDEMEISTER 0.861.066-46.0

GILDEMEISTER 0.860.204-59.1

YASKAWA SGMAS-02ACA21

OMRON CJ1W-TC003

Siemens Simatic S7 6ES7 407-0KA02-0AA0

KUKA FN006 Art.-Nr. 69-334-006

KUKA BMC15K BMC15/45Kb Art.: 69-350-105

BLECHER SpeedMec CAM 80 AA4

SIEMENS 6ES7 414-2XG03-0AB0 Simatic S7 CPU 414-2

RMA422 -B21A22A

Siemens Simatic 6ES7 158-0AD01-0XA0

Festo CPV-10-VI 18200 Ventilinsel 10P-10-8A-CO-R-Y-6J2L+UB

DS60-P41211

EDS 344-2-250-000 906321

Siemens Simatic S7 6ES7 315-2AF03-0AB0

SIEMENS 6SC6120-0FE00

GILDEMEISTER 0.652.138-36.1

SIEMENS 6FX1123-7AA01

FANUC A03B-0801-C141

DFM-32-100-P-A-KF 170935

KUKA KK4EY YYYY 021

BLECHER SpeedMec CAM 71 AB4

BLECHER SpeedMec CAM 71 AC4

VIPA 115-6BL21 CPU 115

SEW EURODRIVE Movimot MM07D-503-00 0,75kW 18215017

SEW EURODRIVE Movimot MM03D-503-00 0,37kW 18214991

LEUZE Electronic DDLS 200/120.1-20

INNOTECH TIS-280FS

Festo FENG-50-160-KF 34508

NSK GE 140 ES-2RS

6SC6100-0GB12

Siemens 6ES7 214-1AD23-0XB0

SCHUNK SRU 35.2 / 357820

FH2306900M

6ES7 214-1BC01-0XB0 6ES7214-1BC01-0XB0 / E03

MR-J3-70B

XR96PCT2

3RA2416-8XF31-2BB4

K21R 71G4TLB

MA 5-10

Siemens 6ES7 326-2BF01-0AB0

Siemens Simatic S7 CPU 6ES7 416-2XK02-0AB0

OMRON CJ1W-DRM21

PULS QTD20.241

Siemens 6GK1704-5CW64-3AA0

Siemens SD EA MCH 00319777 S 03

SIEMENS 6RB2000-ONE00

FANUC A03B-0801-C115

Bosch B 830 303 036

Fanuc A350-0005-T322/03

C202G02S0MQ10

Kupplung GERWAH AK 1400/170

UB400-12GM-E5-V1

Sigmatek 01-200-081

5IK60GU-SWM

SMC PFM711S-C6L-C

FR-600.01A

REXROTH R151206012

SLE-16-55--KF-A G-CV-CH 150090

PCR 260

STAR /REXROTH 1851-412-10

B347A E110 344A TMP1500

Anemometer Kit PVE B8900 36

BAUMER BDK 01.24K100/403598

BRIEZ F63G-4

HETRONIK HC510-RK-4

HETRONIK HC500-VU-230

AC1306 2MSTR 1RS232C 1DP

SIEMENS 6GK7 443-5DX03-0XE0

SV-NS-03

SDT03-N-09010261 090-B-B-6G-K001

6ES5 777-1BC01 E-STAND:2

SEW Eurodrive Getriebemotor WAF20 DT71D4

SEW Eurodrive Getriebemotor WA30 DT71D8

TRUMPF IDENT NR.: 0045513

TRUMPF IDENT NR.: 0071559 90° 52100-80

IRT SA 7001.102.2031 No.563

DSG 56-S

SCHIELE SPS 400 SPS400 Art.No. 2.407.400.23

Philips KS3540

Rexroth CDL1MP5/40/22/160D10/B1CHUMWW

SICK - CMF400-1001

REXROTH R15113E277

SCHUNK PGN+080-1-AS-V

BAUER BG04-31/P04LA16-G/DSG-SP

Datalogic MC-8000 MC-P080

Rexroth DU 16-DG 3-12 / 630 / 63 E32

Siemens 6FX1143-2BA00

Fronius AC 4,045,860 LT 500-S

Siemens S5 6ES5 375

DRS71S4BE05/TH/2W

LE024MVAB-C1828

Pilz 773810

Siemens MS 320 / MS 321-A

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