基于FPGA的双口RAM在双CPU通信中的应用及设计论文

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signal data:memory; begin

process(w_clk,w_add,w_en,d_in)--写数据进程 Begin

if w_clk'event and w_clk='1' then--在时钟上升沿来时 if w_en='1' then --若使能为1，则写数据 data(conv_integer(w_add))<=d_in; end if; end if; end process;

process(r_clk,r_add,r_en,data)--读数据进程 begin

if r_clk'event and r_clk='1' then if r_en='1' then

d_out<=data(conv_integer(r_add)); end if; end if; end process; end art;

2.2 双CPU工作原理及应用 2.2.1双CPU的结构

双CPU控制指的是操作系统有两个相对独立的物理CPU,协调两块主板在整个系统同时工作,性能在理论上是单一的双CPU。?CPU的内部结构主要包括：（1）算术逻辑单元ALU （2）寄存器组 RS（3）控制单元（4）总线（Bus） ?。双核心处理器,在两个CPU核CPU衬底集成,和每个处理器核心通过并行总线连接。双核心并不是一个新概念,但CMP(芯片多处理器、单片处理器)的最基本,最简单和易于实现的基本类型。

换句话说是双核处理器在一个半导体作为一个处理器内核的处理器有两个功能。结合两个物理处理器核芯,繁重,处理大数据,两个核心可以相互配合,实现最大的CPU运行效果。两个可以互补搭配的核心运行性能将得到改善,如使用英特尔奔腾双核处理器相当于D你

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有两个主机使用奔腾4。如果超线程是使用软件来模拟双核的效果,所以现在指的是双核心是两个核心的现实意义。它弥补了超级系统线程应用更少的缺点,可广泛应用于多个版本的Windows操作系统,它还可以有效地解决在双核操作分离和数据缓存冲突错误。 2.2.2双CPU的工作原理

CPU的主要任务是CPU通过执行各种命令,完成各种操作和控制功能,是计算机的核心组织,确定整个计算机系统的类型、性能和速度。我们常说,286年,286年,486年,586年,奔腾,核心和core 2 duo是指CPU模型中,CPU由运算器和控制器组成。8051单片机W77E58兼容是一个快速,其内核重新设计后,提高了时钟速度和内存访问周期速度。改进后,在相同的时钟频率下,指令执行速度比标准8051快得多。相对而言,根据指令的类型,W77E58指令执行速度是标准8051的1.5 - 3倍。总的来说,W77E58大约2.5的速度比标准的8051倍。在相同的能力和低频时钟的情况下,也相应的降低功耗。采用静态CMOS设计理念,W77E58可以运行在较低的时钟频率。工作电压4.5 v至5.5 v,1 KB外部数据存储器,当用户使用片上存储器而不是外部存储器可以节省更多的I / O端口。

首先,CPU的内部结构分为控制单元、算术逻辑单元、存储单元(包括内部总线和缓冲区)三个部分。CPU工作像一个生产车间流水线:原料进入车间(应用程序指令),在货物分配调度部门(控制单元)和被送到生产线(算术逻辑单元),生产一个成品(加工后数据),然后在仓库存储(存储单元),然后等待市场推广销售(应用程序)。一般情况下，一条指令可以包括按规定顺序执行的若干操作，CPU的工作就是执行这些指令，在完成一条指令之后，CPU的控制单元又传达指令读取器从内存中读取下一条新指令来执行。这个过程在不断的重复快速的循环。

2.2.3基于双CPU通信的设计及应用

目前，在高速数据采集及大数据处理、在线测控系统中，为了是实现数据采集处理的高效、可靠、实时性等功能，越来越多的运用到多CPU通信方式。基于双CPU通信系统的设计，不仅提高了数据处理的速度、可靠度，而且也增强了系统的控制能力和信息处理能力，提高了系统的智能化程度的水平，可以使系统更好的适应各种环境。

当前，双CPU通信方式主要应用到智能控制系统，大数据处理系统，双CPU数据接口通信，双RAM与双CPU之间的通信方式等。在本次课题研究中主要研究双RAM与双CPU之间的通信，使用双RAM与双CPU通信可以很方便的实现，在选择CPU接口时具有很大的灵活性，但是这样就增加了设计的复杂性和难易程度。

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2.3 FPGA的基本结构及工作原理

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研究发展的产物。FPGA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，它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。

FPGA芯片主要包括7部分组成实现功能，分别是：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。FPGA拥有丰富的布线资源，布线资源连通着FPGA内部的所有单元，并且连线的长度与制作工艺决定着信号在连线上的传输速度与精确度。FPGA芯片内部的丰富布线资源，可以根据一定的性能分为四大类：?第一类是全局布线资源，用于芯片内部全局时钟和全局复位/置位的布线；第二类是长线资源，用以完成芯片 Bank间的高速信号和第二全局时钟信号的布线；第三类是短线资源，用于完成基本逻辑单元之间的逻辑互连和布线；第四类是分布式的布线资源，用于专有时钟、复位等控制信号线?。 然而在实际系统设计中，不必考虑直接选择布线方式，FPGA内部的布线器可以自动根据设计要求选择相应的布线网络，连通各个单元模块。从根本上说，布线资源的选择方式跟设计要求以及研究方法有着密切的关联。

图2.2 FPGA芯片的内部结构

目前用以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的设计与布局，快速的烧录至FPGA上进行相应测试，是现代IC设计验证的技术主流方向。这

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些可编辑元器件可以用来实现一些基本的逻辑门电路（例如AND、OR、XOR、NOT）或者更为复杂的一些组合功能（比如解码器或数学方程式）。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元器件里也包含记忆元件（例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块

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?FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个工作原理，内部包含可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分?。?现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构，FPGA是利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接都到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或者驱动I/O，因此构成了既可实现组合逻辑功能，又可以实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属导线互相连接或者直接连接到I/O模块上的?。FPGA的逻辑的实现是通过向内部静态存储单元加载编程数据来完成的，存储在存储器单元中的数值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间，模块与I/O间的连接方式，最终决定FPGA所能实现的功能，FPGA可允许无限次的编程和修改。

2.4本章小结

本章主要介绍了双口RAM的基本结构组成和工作原理，双口RAM的仲裁机制原理在处理双CPU通信中技术问题起到关键性作用。双CPU的组成结构和工作原理，以及双CPU在通信系统中的设计与应用。本章在最后还介绍了FPGA这个研究平台，简述了FPGA的主要组成部分和它的工作原理。

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