CPU–FPGA–DSP 异构系统中的总线接口选型——为什么 CPU 用 eLBC，而 DSP 用 XINTF？

一、引言：典型异构处理系统架构

在航空电子、工业控制、高速信号处理等领域，CPU + FPGA + DSP 的异构处理架构被广泛采用。三者各司其职：

• CPU：系统管理、任务调度、通信协议、上层控制

• FPGA：高速并行逻辑、数据汇聚、接口适配

• DSP：实时数字信号处理、滤波、FFT、调制解调等算法

在这种架构下，一个绕不开的问题是：

为什么 CPU 和 FPGA 之间通常使用 eLBC，而 DSP 和 FPGA 之间却使用 XINTF？

这并非历史包袱或随意选择，而是由器件架构、接口定位以及系统实时性需求共同决定的。

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二、系统总体连接关系

一个典型的工程连接关系如下：

eLBC XINTF CPU <--------> FPGA <----------------> DSP 

FPGA 位于系统中心，分别与 CPU 和 DSP 连接，但使用了两种完全不同的接口：

• CPU ↔ FPGA：eLBC（Enhanced Local Bus Controller）

• DSP ↔ FPGA：XINTF（External Interface）

要理解这种设计，首先需要明确 eLBC 和 XINTF 各自的定位。

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三、eLBC：面向 CPU 的本地外设总线

1. eLBC 的本质

eLBC 是 CPU SoC 内部集成的一种本地并行总线控制器，常见于 PowerPC 或部分 ARM SoC 中。它的设计目标是：

• 挂接外部并行设备

  • FPGA

  • NOR Flash

  • CPLD

  • 外部 SRAM

• 提供灵活的地址映射与时序配置能力

从系统角度看，eLBC 更像是：

CPU 的"外设扩展总线"

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2. eLBC 的典型特征

• 多片选（CS）支持

• 灵活的读写时序配置

• 支持不同数据宽度（8/16/32 bit）

• 与 CPU 的 cache、MMU、总线仲裁体系紧密相关

因此，eLBC 非常适合用于：

• CPU 对 FPGA 寄存器的配置

• 状态查询

• 低到中等带宽的数据交互

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四、DSP 的接口哲学：为什么没有 eLBC？

1. DSP 的设计目标不同

DSP 的核心设计目标并不是"系统管理"，而是：

• 高吞吐、低延迟的数值运算

• 强实时性、确定性执行

• 尽量减少复杂的总线和仲裁逻辑

因此，大多数 DSP 并不集成 eLBC 这种复杂的外设总线控制器。

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2. DSP 提供的解决方案：XINTF

DSP 通常提供的是：

• XINTF / EMIF（External Interface / External Memory Interface）

其定位非常明确：

将外部器件当作"外部存储器"来访问

这正是 XINTF 的核心思想。

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五、XINTF：面向 DSP 的外部存储接口

1. XINTF 的工作模型

在 DSP 看来，通过 XINTF 连接的 FPGA 并不是"外设"，而是：

一段映射到外部地址空间的存储区域

DSP 访问 FPGA 的方式是：

data = *(volatile Uint16 *)0x90000000; 

这条普通的内存读指令，就会自动触发一次完整的 XINTF 总线读时序。

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2. XINTF 的典型特征

• 固定或半固定的时序模型

• 确定性的访问延迟

• 无复杂仲裁

• 硬件自动完成总线控制

这使得 XINTF 非常适合：

• DSP ↔ FPGA 的高速数据交换

• FIFO、Ping-Pong Buffer

• 实时数据流传输

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六、eLBC 与 XINTF 的工程对比

对比维度	eLBC（CPU）	XINTF（DSP）
设计目标	通用外设扩展	实时数据访问
接口定位	本地外设总线	外部存储接口
时序灵活性	很高	中等
实时确定性	一般	很强
软件模型	外设 / 寄存器	内存映射
典型用途	配置、控制	高速数据流

可以看到，两者并不存在"谁更高级"的关系，而是各司其职。

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七、为什么 FPGA 可以同时支持 eLBC 和 XINTF？

在整个系统中，FPGA 的角色是：

被访问的从设备

FPGA 本身并不关心对端是 CPU 还是 DSP，它只需要：

• 正确解析地址

• 在匹配的时序下驱动数据线

因此，在 FPGA 内部完全可以实现：

• 一套 eLBC 从接口逻辑

• 一套 XINTF 从接口逻辑

这也是 FPGA 在异构系统中承担"桥接与汇聚"角色的根本原因。

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八、从系统架构角度看，这是"最优解"

从工程实践来看：

• CPU ↔ FPGA（eLBC）

  • 偏控制

  • 偏配置

  • 对实时性要求相对较低

• DSP ↔ FPGA（XINTF）

  • 偏数据

  • 偏实时处理

  • 对确定性要求极高

这种接口分工：

• 降低系统复杂度

• 提升实时性能

• 符合各处理器的架构优势

是非常成熟、理性的工程选择。

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九、总结

• eLBC 是 为 CPU 设计的本地外设总线

• DSP 架构中通常 不包含 eLBC

• XINTF 是 DSP 的外部存储接口

• FPGA 可以同时适配多种主设备接口

• CPU--FPGA--DSP 使用不同接口，是体系结构决定的必然结果