随着集成电路技术的发展，FPGA和DSP以及ARM以其体积小、速度快、功耗低、设计灵活、利于系统集成、扩展升级等优点，被广泛地应用于高速数字信号传输及数据处理，以DSP+FPGA+ARM的架构组成满足实时性要求的高速数字处理系统已成为一种趋势，本文主要研究FPGA在高速多路数据传输中的应用。
系统结构
在DSP多路串行数据同时向ARM发送的系统中，因为数据通道有并行要求，应用FPGA硬件并行的特点，由FPGA并行接收多路数据，经过缓冲后再发送至ARM进行数据的高级处理的方案，系统结构图如图1所示。
图1 系统结构图
FPGA处理模块实现
DSP的串口传输方
在现代电子设计中，FPGA（Field-Programmable Gate Array）因其高度可配置性和高性能在高速数字信号处理和传输领域扮演着重要角色。本文主要探讨了如何在EDA/PLD（电子设计自动化/可编程逻辑器件）环境中，利用FPGA实现多路同步串口的数据传输，特别关注在DSP（Digital Signal Processor）和ARM（Advanced RISC Machines）系统中的应用。
系统架构设计通常涉及一个基于DSP+FPGA+ARM的平台，用于满足实时性的高速数字处理需求。在这样的系统中，多个DSP单元同时向ARM发送串行数据。考虑到数据通道的并行处理要求，FPGA被用来并行接收这些数据流，通过内部的缓冲存储器（如FIFO，First-In-First-Out）临时保存，然后以适当的速度转发给ARM进行进一步的计算和处理。这样的设计有效地提高了系统的吞吐量和效率。
FPGA处理模块的核心是同步串口接口的设计。DSP的串行通信通常采用同步模式，每个端口包括时钟（clk）、帧信号（frame）和数据线（例如data_a和data_b）。在这个例子中，仅使用data_a，且每个端口一帧数据为32位。同步串口的传输时序由frame信号控制，当frame为高时，数据有效；frame为低则表示一帧数据传输完成。
为了解决不同时钟域之间的通信问题，FPGA内部采用异步FIFO。写时钟由DSP的60MHz同步时钟驱动，而读时钟则是由FPGA的100MHz PLL（Phase-Locked Loop）时钟提供。这种设计确保了数据在不同频率之间准确无误地传输。
在接收模块中，FPGA有8个独立的接收子模块，对应DSP的8个同步串口。当接收到ARM的接收允许指令后，FPGA开始在每个clk的上升沿捕获数据，并在frame下降沿时将一帧数据写入R_FIFO。发送模块则负责将接收模块的数据转移到S_FIFO，以便按顺序发送给ARM。发送模块使用状态机策略，确保所有端口的数据都被正确处理，如果某个端口没有数据，就用零值填充。
通过这种架构，FPGA不仅能够并行处理多路同步串口数据，还能够有效地管理时钟同步和数据流动，确保在复杂的高速数字系统中实现高效、可靠的通信。这种设计方法在实时数据处理、图像处理、通信网络等领域有着广泛的应用前景，展示了FPGA在系统集成和性能优化上的优势。
