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以28388为例DSP与FPGA通信方式包括软硬件实现难度比较!(详细对比)

一句话先定性:

EMIF:DSP 把 FPGA 当成一块外部存储器来读写。
FSI:DSP 和 FPGA 之间建立一条高速、低延迟、带校验的串行数据链路。
SPI:DSP 和 FPGA 像两个普通芯片一样,一位一位串行收发数据。

三者最核心的区别

对比EMIFFSISPI
本质 并行外部总线 高速实时串行链路 通用同步串行
DSP视角 访问“地址” 收发“帧” 移位收发“字节/字”
数据线数量
带宽 最高,通常很高 中低
延迟 很低 低且确定性好 相对高
FPGA实现难度 中等 较高 最低
PCB难度 较高 中等 最低
跨隔离 不擅长 很适合 可以,但速度受限制
CRC/链路检测 通常自己做 硬件自带较完善 通常自己加
适合 大量实时数据 实时控制/分布式控制 配置、状态、少量数据

一、EMIF:DSP直接“访问FPGA里的地址”

假设 FPGA 内部做了一些寄存器:

FPGA

0x0000 电流Ia
0x0002 电流Ib
0x0004 电压Udc
0x0006 状态
0x0010 PWM控制量
0x0100 FIFO数据区

DSP通过 EMIF 接上 FPGA:

DSP FPGA

Address[ ] ────────────→ 地址译码
Data[15:0] ←────────────→ 数据
CS ────────────→ 片选
RD ────────────→ 读
WR ────────────→ 写
READY ←──────────── 等待/完成

于是 DSP 程序可以近似理解成:

value = FPGA_REG[0x04];
FPGA_REG[0x10] = pwm_value;

这就是 EMIF 最厉害的地方:通信这个概念几乎消失了。而且因为EMIF是并行传输所以传输速度很快。

F28388D 的 EMIF 支持异步 SRAM/NOR 类接口,也支持同步 SDRAM,异步总线宽度可以配置为:

8 bit
16 bit
32 bit

TI DriverLib也直接提供了8/16/32位配置。EMIF同步时钟周期最小10 ns,也就是最高约 100 MHz EMIF时钟量级。如果用32位,PCB就要考虑长度控制 参考平面 串扰 返回路径 驱动强度 串联端接 时序裕量。

二、SPI:最容易理解,也是最容易实现的

SPI你可以把它理解为:

DSP FPGA

SCLK ───────────────→
MOSI ───────────────→
MISO ←───────────────
CS ───────────────→

假设 DSP 要读取 FPGA 的电压值。

可以自己定义协议:

DSP → FPGA

命令:
0x01 0x03

含义:
读取地址03

FPGA → DSP

0x12 0x34

表示:
0x1234

所以SPI其实就是:

我给你一些bit,你按照我们提前约定好的协议解释。

SPI本身并不知道:

0x01

代表:

  • 读数据
  • 写数据
  • PWM
  • 电压
  • 温度

这些全部由你自己定义。

SPI硬件最容易。

F28388D的高速SPI比28335强不少。

最高可以:

50 MHz

而且是全双工。

三、FSI:你可以理解成“为控制系统强化过的高速SPI” 高速 + 低延迟 + 确定性 + 错误检测。

结构大致是:

DSP FPGA / DSP

FSITXCLK ───────────────────→

FSITXD0 ───────────────────→
FSITXD1 ───────────────────→ 可选第二数据线

FSIRXCLK ←────────────────────

FSIRXD0 ←────────────────────
FSIRXD1 ←────────────────────

所以它不像 EMIF 一下占几十根引脚。

F28388D这一代,FSI就真正值得考虑了。

最大FSI时钟:50MHz,而且采用DDR可达到100Mbit/s,双Lane有200Mbit/s

所以最大理论有效物理数据率可以达到:

200 Mbps

项目XINTF/EMIFFSISPI
通信速率 ★★★★★ ★★★★☆ ★★☆☆☆
FPGA实现难度 ★★★☆☆ ★★☆☆☆ ★★★★★
DSP软件难度 ★★★★☆ ★★★★☆ ★★★★★
DSP引脚占用 ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★★★
PCB布线 ★★★☆☆ ★★★★☆ ★★★★★
DMA/大数据搬运 ★★★★★ ★★★★☆ ★★★☆☆
实时大量数据 ★★★★★ ★★★★☆ ★★☆☆☆
隔离/板间通信 ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★☆☆
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