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zhaoms c7359a045e 原图像/压缩图像按照指定地址空间进行数据搬移，完成仿真，上板测试工作，测试己通过，工程内模抉包括:图像压缩核心模块，气泡处理模块，数据搬移控制模块，DDR4，串口控制驱动等模块。实现:串口发送真实图像数据-->DDR-->datamover-->压缩核心模块-->datamover-->DDR-->串口收压缩数据，全流程测试。

2026-07-08 19:34:28 +08:00

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CCSDS122 Datamover 详细设计方案

版本: 2026-06-30 | 目标器件: Xilinx VU440 + Zynq UltraScale+ ZU4

1. 系统架构

1.1 整体框图

┌─ PC ──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  upload_compress_download.py                                       │
│  串口上传原始图像 → 配置压缩参数 → 等待压缩完成 → 下载压缩结果       │
└──────────────────────────────┬──────────────────────────────────────┘
                               │ UART (COM7, 2M baud)
┌─ Zynq ZU4 (PS) ─────────────┼──────────────────────────────────────┐
│  ccsds_uart_axi              │                                      │
│  ├─ uart_rx / uart_tx        │                                      │
│  └─ axi_uart_upload ◄────────┘                                     │
│       ├─ m_axi (AXI4 Full) ──→ SmartConnect ──→ PS DDR4            │
│       └─ m_axil (AXI4 Lite) ──→ C2C ──→ VU440 axil_slave          │
└────────────────────────────────┬────────────────────────────────────┘
                                 │ C2C (SelectIO, 9对差分)
┌─ VU440 (PL) ──────────────────┼────────────────────────────────────┐
│  ccsds122_datamover            │                                    │
│  ├─ ccsds122_stream_ctrl       │                                    │
│  │   ├─ ccsds122_addr_calc     │                                    │
│  │   └─ (FSM + MM2S/S2MM cmd) │                                    │
│  ├─ axi_datamover_0 (Xilinx IP)                                    │
│  └─ ccsds122_compression_top                                       │
│       ├─ ccsds122_bubble_removal_ctrl                              │
│       └─ top_bpe_encoder (CCSDS 122.0-B-2)                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

1.2 数据流向

原始图像:
  Zynq DDR4 ──[MM2S Read]──→ Datamover ──[mm2s_stream]──→ stream_ctrl
      ↓                                                       ↓
  (C2C 回传)                                            raw_s_axis
                                                              ↓
                                                      bubble_removal
                                                              ↓
                                                       top_bpe_encoder
                                                              ↓
压缩数据:                                              pack_m_axis
                                                              ↓
  Zynq DDR4 ←──[S2MM Write]── Datamover ←──[s2mm_stream]── stream_ctrl
      ↑
  (C2C 回传)

辅助数据 (不压缩):
  Zynq DDR4 ──[MM2S Read]──→ Datamover ──[mm2s_stream]──→ stream_ctrl
                                                              │ (bypass MUX)
  Zynq DDR4 ←──[S2MM Write]── Datamover ←──[s2mm_stream]────┘

1.3 图像规格

参数	值
像素位深	14-bit
每幅图尺寸	256 × 256 pixels
每 beat 像素数	4
每幅图 beats	16,384
每幅图字节数	131,072 (128 KB)
每行取像素	256 pixels = 512 bytes
每幅图行数	256 rows

2. DDR 地址空间分配

2.1 总体布局

原始图像存储在 Zynq PS DDR4 的一个连续 128MB（或 64MB）块中，起始地址为 flaw_image_addr。

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  flaw_image_addr  (128MB Block)                              │
│                                                              │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │  区域 0: PAN 图像数据    (96MB / 48MB)               │    │
│  ├──────────────────────────────────────────────────────┤    │
│  │  区域 1: B1  图像数据    (6MB  / 3MB)                │    │
│  ├──────────────────────────────────────────────────────┤    │
│  │  区域 2: B2  图像数据    (6MB  / 3MB)                │    │
│  ├──────────────────────────────────────────────────────┤    │
│  │  区域 3: B3  图像数据    (6MB  / 3MB)                │    │
│  ├──────────────────────────────────────────────────────┤    │
│  │  区域 4: B4  图像数据    (6MB  / 3MB)                │    │
│  ├──────────────────────────────────────────────────────┤    │
│  │  辅助数据区 (各区域 aux 连续存放)                     │    │
│  │  PAN_aux + B1_aux + B2_aux + B3_aux + B4_aux         │    │
│  ├──────────────────────────────────────────────────────┤    │
│  │  (padding to 128MB - 4KB)                            │    │
│  ├──────────────────────────────────────────────────────┤    │
│  │  元数据: 5 × 32-bit row counts @ 最后 4KB            │    │
│  └──────────────────────────────────────────────────────┘    │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

2.2 模式 1: PAN + B1~B4

128M Block:

区域	数据	分辨率	行跨距	原始大小	最大行数	图像偏移
PAN	全色	6144×8192×2B	12288	96 MB	8192	0
B1	多光谱	1536×2048×2B	3072	6 MB	2048	96 MB
B2	多光谱	1536×2048×2B	3072	6 MB	2048	102 MB
B3	多光谱	1536×2048×2B	3072	6 MB	2048	108 MB
B4	多光谱	1536×2048×2B	3072	6 MB	2048	114 MB

图像数据总量: 120 MB。辅助数据从 flaw_image_addr + 120MB 开始。

原始 DDR 区域示意图:

flaw_image_addr + 0      ──→ PAN  (6144 px × 8192 rows × 2B)
flaw_image_addr + 96MB   ──→ B1   (1536 px × 2048 rows × 2B)
flaw_image_addr + 102MB  ──→ B2   (1536 px × 2048 rows × 2B)
flaw_image_addr + 108MB  ──→ B3   (1536 px × 2048 rows × 2B)
flaw_image_addr + 114MB  ──→ B4   (1536 px × 2048 rows × 2B)
flaw_image_addr + 120MB  ──→ aux 数据区
flaw_image_addr + 128MB - 4KB ──→ 元数据

64M Block:

区域	数据	行跨距	原始大小	最大行数	图像偏移
PAN	全色	12288	48 MB	4096	0
B1	多光谱	3072	3 MB	1024	48 MB
B2	多光谱	3072	3 MB	1024	51 MB
B3	多光谱	3072	3 MB	1024	54 MB
B4	多光谱	3072	3 MB	1024	57 MB

图像数据总量: 60 MB。

2.3 模式 2: PAN only

128M Block:

区域	行跨距	原始大小	最大行数	图像偏移
PAN	12288	120 MB	10240	0

图像数据总量: 120 MB。

flaw_image_addr + 0      ──→ PAN  (6144 px × 10240 rows × 2B)
flaw_image_addr + 120MB  ──→ aux 数据区
flaw_image_addr + 128MB - 4KB ──→ 元数据

64M Block:

区域	行跨距	原始大小	最大行数	图像偏移
PAN	12288	60 MB	5120	0

图像数据总量: 60 MB。

2.4 模式 3: B1~B4

128M Block:

区域	行跨距	原始大小	最大行数	图像偏移
B1	3072	30 MB	10240	0
B2	3072	30 MB	10240	30 MB
B3	3072	30 MB	10240	60 MB
B4	3072	30 MB	10240	90 MB

图像数据总量: 120 MB。

64M Block:

区域	行跨距	原始大小	最大行数	图像偏移
B1	3072	15 MB	5120	0
B2	3072	15 MB	5120	15 MB
B3	3072	15 MB	5120	30 MB
B4	3072	15 MB	5120	45 MB

图像数据总量: 60 MB。

2.5 元数据格式

位于 flaw_image_addr + BLOCK_SIZE - 4096，前 20 字节:

Byte 0-3:   PAN_row  (big-endian 32-bit)
Byte 4-7:   B1_row   (big-endian 32-bit)
Byte 8-11:  B2_row   (big-endian 32-bit)
Byte 12-15: B3_row   (big-endian 32-bit)
Byte 16-19: B4_row   (big-endian 32-bit)

字段	含义	用途
PAN_row	PAN 区域实际有效行数	决定 PAN 处理多少幅图、aux 大小
B1_row	B1 区域实际有效行数	决定 B1 处理多少幅图、aux 大小
B2_row	B2 区域实际有效行数	同上
B3_row	B3 区域实际有效行数	同上
B4_row	B4 区域实际有效行数	同上

按模式使用的字段:

模式	使用字段
1	PAN_row, B1_row, B2_row, B3_row, B4_row
2	PAN_row
3	B1_row, B2_row, B3_row, B4_row

3. 压缩输出地址空间分配

3.1 总体布局

压缩数据通过 S2MM 写入 DDR，起始地址为 COMPRESS_BASE_ADDR（parameter）。每区域分配 原始大小 + 1MB 空间。

3.2 模式 1, 128M

COMPRESS_BASE + 0      ──→ PAN aux (PAN_row × 140B)
                             PAN 压缩数据 (最大 97MB - aux)
COMPRESS_BASE + 97MB   ──→ B1  aux (B1_row × 140B)
                             B1  压缩数据 (最大 7MB - aux)
COMPRESS_BASE + 104MB  ──→ B2  aux (B2_row × 140B)
                             B2  压缩数据 (最大 7MB - aux)
COMPRESS_BASE + 111MB  ──→ B3  aux (B3_row × 140B)
                             B3  压缩数据 (最大 7MB - aux)
COMPRESS_BASE + 118MB  ──→ B4  aux (B4_row × 140B)
                             B4  压缩数据 (最大 7MB - aux)

参数表:

         slot 0 (PAN)   slot 1 (B1)   slot 2 (B2)   slot 3 (B3)   slot 4 (B4)
roff_q    0              96MB           102MB          108MB          114MB
rstr_q    12288          3072           3072           3072           3072
rwid_q    6144           1536           1536           1536           1536
rmax_q    8192           2048           2048           2048           2048
rraw_q    96MB           6MB            6MB            6MB            6MB
rall_q    97MB           7MB            7MB            7MB            7MB
rpan_q    1              0              0              0              0

累加器	slot 0	slot 1	slot 2	slot 3	slot 4	slot 5
img_cumul_q (图像累计)	0	96MB	102MB	108MB	114MB	120MB
comp_cumul_q (压缩累计)	0	97MB	104MB	111MB	118MB	125MB

3.3 模式 2, 128M

         slot 0 (PAN)   slot 1       slot 2       slot 3       slot 4
roff_q    0              0            0            0            0
rstr_q    12288          0            0            0            0
rwid_q    6144           0            0            0            0
rmax_q    10240          0            0            0            0
rraw_q    120MB          0            0            0            0
rall_q    121MB          0            0            0            0
rpan_q    1              0            0            0            0
rcnt_q = 1
img_cumul_q  = [0, 120MB, 120MB, 120MB, 120MB, 120MB]
comp_cumul_q = [0, 121MB, 121MB, 121MB, 121MB, 121MB]
img_total_q  = 120MB

3.4 模式 3, 128M

         slot 0 (B1)    slot 1 (B2)   slot 2 (B3)   slot 3 (B4)   slot 4
roff_q    0              30MB          60MB          90MB          0
rstr_q    3072           3072          3072          3072          0
rwid_q    1536           1536          1536          1536          0
rmax_q    10240          10240         10240         10240         0
rraw_q    30MB           30MB          30MB          30MB          0
rall_q    31MB           31MB          31MB          31MB          0
rpan_q    0              0             0             0             0
rcnt_q = 4
img_cumul_q  = [0, 30MB, 60MB, 90MB, 120MB, 120MB]
comp_cumul_q = [0, 31MB, 62MB, 93MB, 124MB, 124MB]
img_total_q  = 120MB

4. 模块划分与职责

ccsds122_datamover.sv          ← 顶层集成
├── axi_datamover_0            ← Xilinx AXI Datamover IP (DMA 引擎)
├── ccsds122_stream_ctrl.sv    ← 主控制器 (FSM + 命令生成 + 流桥接)
│   └── ccsds122_addr_calc.sv  ← 地址与布局参数计算器
└── ccsds122_compression_top.sv ← 压缩子系统
    ├── ccsds122_bubble_removal_ctrl.sv ← 气泡消除 + 流打包
    └── top_bpe_encoder                ← CCSDS 122.0-B-2 压缩核

模块	职责
`ccsds122_addr_calc`	根据 mode + block_size 查表得到全部区域参数；计算 MM2S 行地址、aux 地址、总图像数
`ccsds122_stream_ctrl`	三段式 FSM 控制全流程；MM2S/S2MM 命令生成与握手；stream MUX（正常/bypass）；统计累加
`ccsds122_bubble_removal_ctrl`	旋转+spill 气泡消除；每图 tlast 生成；raw path 字节计数
`ccsds122_datamover`	顶层例化 + enable 锁存 + 统计信号透传

5. 顶层状态机

5.1 状态定义

typedef enum logic [3:0] {
    ST_IDLE               = 4'd0,   // 等待 enable 上升沿
    ST_READ_META_CMD      = 4'd1,   // 发 MM2S 读 24B 元数据
    ST_READ_META_WAIT     = 4'd2,   // 等 stream 数据 + STS
    ST_DMA_AUX_SEL        = 4'd3,   // 选下一个 aux 区域
    ST_DMA_AUX_MM2S_CMD   = 4'd4,   // 发 MM2S aux 读
    ST_DMA_AUX_S2MM_CMD   = 4'd5,   // 发 S2MM aux 写
    ST_DMA_AUX_WAIT_STS   = 4'd6,   // 等双 STS
    ST_PROC_REGION_SEL    = 4'd7,   // 选下一个图像区域
    ST_PROC_IMG_START     = 4'd8,   // 图像开始, 发 S2MM INDET
    ST_PROC_IMG_MM2S      = 4'd9,   // 256 cmd, 2-in-flight
    ST_PROC_IMG_WAIT_COMP = 4'd10,  // 等压缩完成
    ST_PROC_IMG_NEXT      = 4'd11,  // 下一幅 / 下一区域
    ST_DONE               = 4'd12   // 全部完成
} state_t;

5.2 状态转移图

IDLE ──enable_rise──→ META_CMD ──cmd握手──→ META_WAIT ──meta_done──→ AUX_SEL
  ↑                                                                      ↓
  │                              ┌── size>0 ──→ AUX_MM2S → AUX_S2MM → AUX_WAIT
  │                              │                    ↑                    ↓
  │                              └─ size=0 (skip) ──┘           双STS就绪 → AUX_SEL
  │                                                                   ↑
  │                                              ┌─── region未完 ──────┘
  │                                              │
  │                         AUX_SEL ──all done──→ PROC_SEL
  │                                                 ↓
  │                                   ┌── total=0 (skip) ──→ loop
  │                                   │        ↑
  │                                   └─ total>0 ──→ IMG_START → IMG_MM2S
  │                                                     ↑            ↓
  │                                           ┌─ 还有图 ─┘      IMG_WAIT_COMP
  │                                           │   ↑                 ↓
  │                                           └───┘           IMG_NEXT (双标志)
  │                                                                ↓
  │                                                   ┌─ 区域未完 → IMG_START
  │                                                   └─ 区域完 → PROC_SEL
  │                                                                  ↓
  └────────────────────────── enable=0 ──────────────────── DONE ← proc≥total

5.3 三段式 FSM 结构

Stage 1 (always_ff):  state_q <= state_next    ← 纯状态寄存器
Stage 2 (always_comb): state_next = f(state_q) ← 纯组合逻辑跳转
Stage 3 (always_ff):  case(state_q) ...        ← 输出赋值, 不驱动 state_next

Stage 2 所有转移条件使用握手信号或内部标志，Stage 3 不参与状态转移。

6. Phase 1: 元数据读取

6.1 流程

enable 上升沿 → 锁存 flaw_image_addr, flaw_storage_mode, ac_mode
ST_READ_META_CMD: 发一条 MM2S 读命令
- 地址: flaw_image_addr + BLOCK_BYTES - 4096
- BTT: 24 字节 (8B 对齐, 3 个完整 beat)
ST_READ_META_WAIT: 等待 stream 数据 + MM2S STS

6.2 元数据接收 (192-bit shift buffer)

beat0 到达: meta_buf <= {128'd0, beat0}
beat1 到达: meta_buf <= {meta_buf[127:0], beat1} = {64'd0, beat0, beat1}
beat2 到达: meta_buf <= {meta_buf[127:0], beat2} = {beat0, beat1, beat2}

提取:

meta_word0 = meta_buf[191:160] = beat0[63:32] = PAN_row
meta_word1 = meta_buf[159:128] = beat0[31:0]  = B1_row
meta_word2 = meta_buf[127:96]  = beat1[63:32] = B2_row
meta_word3 = meta_buf[95:64]   = beat1[31:0]  = B3_row
meta_word4 = meta_buf[63:32]   = beat2[63:32] = B4_row
meta_buf[31:0] = beat2[31:0] = 抛弃 (多读的4字节)

6.3 按模式提取

mode 1: row_pan = word0, row_b1 = word1, row_b2 = word2, row_b3 = word3, row_b4 = word4
mode 2: row_pan = word0, row_b1~b4 = 0
mode 3: row_pan = 0,      row_b1 = word1, row_b2 = word2, row_b3 = word3, row_b4 = word4

7. Phase 2: 辅助数据 DMA

7.1 流程

逐区域遍历 (aux_region_q = 0 → region_count-1):

ST_DMA_AUX_SEL: 设置 ac_region_idx, 等待 addr_calc 输出稳定
若 aux_size == 0: 跳过该区域 (aux_region_q++)
若 aux_size > 0:
- ST_DMA_AUX_MM2S_CMD: 发 MM2S 读 aux 数据
- ST_DMA_AUX_S2MM_CMD: 发 S2MM 写 aux 数据 (exact BTT)
- ST_DMA_AUX_WAIT_STS: 分步等待两个 STS

7.2 地址计算

aux 源地址 (MM2S 读):

aux_mm2s_src = flaw_image_addr + img_total_q + cumulative_aux_offset

其中:

img_total_q = 所有区域图像数据总大小 (mode 1: 120MB)
cumulative_aux_offset = 前面区域的 aux 数据累加

具体:

region_idx	cumulative_aux_offset
0 (PAN/B1)	0
1 (B1/B2)	calc_aux_size(s0) = s0_row × 140
2 (B2/B3)	calc_aux_size(s0) + calc_aux_size(s1)
3 (B3/B4)	calc_aux_size(s0) + calc_aux_size(s1) + calc_aux_size(s2)
4 (B4)	... + calc_aux_size(s3)

其中 sN 通过 slot_row(mode, N, ...) 获得正确波段的 row_count。

aux 目的地址 (S2MM 写):

aux_s2mm_dst = COMPRESS_BASE_ADDR + comp_cumul_q[region_idx]

comp_cumul_q 是预计算的压缩区域累计偏移数组。

7.3 Bypass 数据路径

DMA_AUX 阶段:
  mm2s_stream_tready = s2mm_stream_tready    ← 直通
  s2mm_stream ← mm2s_stream                  ← MUX
  raw_s_axis 无效 (不进入压缩管线)
  pack_m_axis_tready = 0                     ← 反压压缩输出

7.4 双 STS 分步跟踪

MM2S STS 和 S2MM STS 可能先后到达，使用独立标志:

aux_mm2s_sts_done: mm2s_sts_tvalid && mm2s_sts_tready → 锁存为 1
aux_s2mm_sts_done: s2mm_sts_tvalid && s2mm_sts_tready → 锁存为 1

两标志都为 1 → aux_region_q++, Stage2 跳回 AUX_SEL

8. Phase 3: 图像压缩搬移

8.1 流程

逐区域遍历 (proc_region_q = 0 → region_count-1):

ST_PROC_REGION_SEL: 设置 ac_region_idx, 等待 addr_calc
- 若 total_imgs == 0: 跳过该区域
- 否则: 初始化 img_idx=0, ac_img_init=1, s2mm_byte_off = aux_size
逐幅图处理:
- ST_PROC_IMG_START: 发 S2MM INDET_BTT 命令
- ST_PROC_IMG_MM2S: 256 条 MM2S cmd, 2-in-flight 流水线
- ST_PROC_IMG_WAIT_COMP: 等 flaw_compress_valid
- ST_PROC_IMG_NEXT: 累加压缩字节, 等 S2MM STS; 判断继续或下一区域

8.2 单幅图 MM2S 搬移

每幅图 = 256 行, 每行 512 字节。MM2S 行地址:

cmd[N]: addr = flaw_image_addr + region_image_offset
               + img_col × 512
               + (img_row_base + N) × row_stride

region_image_offset: 当前区域在 DDR 中的起始偏移 (roff_q)
img_col: 当前图在行内的列索引 (0..23 PAN, 0..5 MS)
img_row_base: 当前图所在图像行的起始行号 (0, 256, 512, ...)
row_stride: PAN=12288 (6144×2), MS=3072 (1536×2)

8.3 图像遍历

每个区域内图像按行优先排列:

img_idx         img_col (在行内)    img_row_base
0              0                   0
1              1                   0
...
23 (PAN)       23                  0
24             0                   256
25             1                   256
...

img_col 和 img_row_base 用寄存器递增, 无除法:

img_init  → img_col=0, img_row_base=0
img_advance:
  if img_col < imgs_per_row-1: img_col++
  else:                        img_col=0, img_row_base += 256

8.4 区域完成判断

total_imgs = imgs_per_row × (row_count / 256)

PAN (24): total = (row_count[31:8] << 4) + (row_count[31:8] << 3)   // ×(16+8)
MS  (6):  total = (row_count[31:8] << 2) + (row_count[31:8] << 1)   // ×(4+2)

当 img_idx >= total_imgs 时区域完成, proc_region_q++。

9. MM2S 命令流水线

9.1 2-in-flight 策略

阶段 1 — 初始连续发两条:
  Cycle 0: 发 cmd[0] (row=0), valid=1
  Cycle 1: 握手完成, cmd_idx→1
  Cycle 2: 发 cmd[1] (row=1), valid=1
  Cycle 3: 握手完成, cmd_idx→2, pending=2

阶段 2 — 收一条 STS, 发一条 cmd (保持 pending=2):
  收到 STS_N → 发 cmd[N+2], cmd_idx++
  ...

阶段 3 — 最后收尾 (cmd_idx=256, 不发新cmd):
  收到 STS_254 → pending: 2→1
  收到 STS_255 → pending: 1→0 → 跳转 IMG_WAIT_COMP

9.2 CMD 握手协议

发出: if (!mm2s_cmd_tvalid) → mm2s_cmd_tvalid <= 1, 写入 tdata
检测: if (mm2s_cmd_tvalid && mm2s_cmd_tready) → 握手完成, 状态推进

9.3 STS 处理时序

mm2s_sts_tready: 仅在 cmd_idx ≥ 2 时拉高
  - cmd_idx=0,1 时 tready=0 → 忽略提前到达的 STS
  - cmd_idx≥2 时 tready=1 → 接收 STS

10. S2MM 命令策略

10.1 三种场景

场景	BTT 类型	数量
辅助数据	Exact BTT (= aux_size)	每区域 1 条
压缩图像	INDET_BTT (eof=1, btt=MAX)	每幅图 1 条

10.2 压缩 S2MM 命令

s2mm_cmd:
  addr = COMPRESS_BASE_ADDR + region_comp_offset + s2mm_byte_off
  btt  = MAX_BTT (23'h7F_FFFF)
  eof  = 1

s2mm_byte_off 每幅图累加 flaw_compress_len，跨区域时重置为 0。

10.3 S2MM 完成检测

在 ST_PROC_IMG_NEXT 中用双标志:

img_flaw_done: flaw_compress_valid 到达 → 累加压缩字节
img_sts_done:  s2mm_sts 握手完成 → 更新 img_idx

双标志就绪 → Stage2 跳转 (继续/下一区域)

无论 flaw_compress_valid 和 s2mm_sts 谁先到, 都不会丢数据。

11. 地址计算模块

11.1 核心函数

函数	公式	说明
`mb_offset(mb)`	`mb << 20`	MB → bytes
`calc_aux_size(rc)`	`(rc<<7) + (rc<<3) + (rc<<2)`	rc × 140 = rc×(128+8+4)
`slot_row(mode, s, ...)`	查表	mode 感知的 slot→row_count 映射

11.2 slot_row 映射表

mode 1: s=0→pan, 1→b1, 2→b2, 3→b3, 4→b4
mode 2: s=0→pan, 其余→0
mode 3: s=0→b1,  1→b2, 2→b3, 3→b4, 4→0

11.3 移位乘法

所有乘数分解为 2 的幂之和, 使用移位加法:

乘数	分解	实现
×140	128+8+4	`(rc<<7)+(rc<<3)+(rc<<2)`
×24 (PAN total_imgs)	16+8	`(row256<<4)+(row256<<3)`
×6 (MS total_imgs)	4+2	`(row256<<2)+(row256<<1)`
×12288 (PAN stride)	8192+4096	`(row<<13)+(row<<12)`
×3072 (MS stride)	2048+1024	`(row<<11)+(row<<10)`
×512 (col offset)	1<<9	`{27'd0, img_col, 9'd0}`
×256 (row base)	1<<8	`img_row_base + 256` (加法)

11.4 累积和 (阻塞赋值链)

cumul_img[0] = 0;
for s=0..4: cumul_img[s+1] = cumul_img[s] + rraw_q[s];  // 阻塞 =
for s=0..5: img_cumul_q[s] <= cumul_img[s];              // NBA <=

阻塞赋值保证链式累加正确（cumul_img[2] = cumul_img[1] + rraw[1] 使用刚计算的 cumul_img[1]）。

12. Bubble Removal 改动

12.1 新增信号

raw_image_done_q  — 每幅图 raw data 收完标志

12.2 生命周期

rst_n           → raw_image_done_q = 0
enc_frame_start → raw_image_done_q = 0  (新图像开始)
raw_byte_cnt + beat ≥ 131072 → raw_image_done_q = 1  (当前图像 raw data 收完)

12.3 压缩路径替换 (3 处)

spill_is_last_next  = comp_s_axis_tlast && raw_image_done_q    (原 raw_all_done_q)
accum_last_next     = comp_s_axis_tlast && raw_image_done_q    (原 raw_all_done_q)
outbuf_last_next    = accum_last_next  && raw_image_done_q    (原 raw_all_done_q)

旋转+spill 算法完全不动。

13. Stream 数据路径

13.1 tready 控制

mm2s_stream_tready:
  ST_READ_META_WAIT → 1'b1 (无条件接收 metadata)
  bypass_active     → s2mm_stream_tready (bypass 直通)
  否则              → raw_s_axis_tready (正常压缩路径)

pack_m_axis_tready:
  bypass_active → 1'b0 (反压)
  否则          → s2mm_stream_tready

13.2 数据转发

raw_s_axis (仅在 !bypass && state != META_WAIT):
  mm2s_stream → raw_s_axis → bubble_removal → encoder

s2mm_stream:
  bypass_active: mm2s_stream → s2mm_stream (直通, aux 数据)
  !bypass:       pack_m_axis → s2mm_stream (压缩数据)

14. 信号接口

14.1 顶层输入 (PS → datamover)

信号	位宽	描述
`enable`	1	高有效, 上升沿触发全流程
`flaw_image_valid`	1	单周期脉冲, 锁存 enable_latched
`target_bpp`	3	CCSDS 目标 bpp (0/2/4/7)
`flaw_image_addr`	32	128MB 原始数据块首地址
`flaw_storage_mode`	2	存储模式 (1/2/3)

14.2 顶层输出 (datamover → PS)

信号	位宽	描述
`compressor_busy`	1	高 = 处理中
`compress_pan_row`	32	PAN 有效行数
`compress_b1_row`	32	B1 有效行数
`compress_b2_row`	32	B2 有效行数
`compress_b3_row`	32	B3 有效行数
`compress_b4_row`	32	B4 有效行数
`s2mm_total_bytes`	32	S2MM 写入总字节 (aux + 压缩)
`compress_pan_bytes`	32	PAN 压缩字节
`compress_b1_bytes`	32	B1 压缩字节
`compress_b2_bytes`	32	B2 压缩字节
`compress_b3_bytes`	32	B3 压缩字节
`compress_b4_bytes`	32	B4 压缩字节
`compress_done_valid`	1	单周期脉冲, 全流程完成

14.3 内部 AXI 接口

接口	方向	描述
`m_axi_mm2s_*`	输出	AXI4 Read (Datamover → DDR)
`m_axi_s2mm_*`	输出	AXI4 Write (Datamover → DDR)
`s_axis_mm2s_cmd`	输出	MM2S 命令 (72-bit)
`m_axis_mm2s_sts`	输入	MM2S 状态 (8-bit)
`s_axis_s2mm_cmd`	输出	S2MM 命令 (72-bit)
`m_axis_s2mm_sts`	输入	S2MM 状态 (32-bit)
`m_axis_mm2s`	输入	MM2S stream (64-bit)
`s_axis_s2mm`	输出	S2MM stream (64-bit)

15. 参数配置

15.1 stream_ctrl 参数

参数	默认值	描述
`AXI_ADDR_W`	32	AXI 地址宽度
`CMD_WIDTH`	72	Datamover 命令宽度
`STATUS_WIDTH`	8	MM2S 状态宽度
`S2MM_STATUS_WIDTH`	32	S2MM 状态宽度
`MEMORY_BLOCK_MB`	128	DDR 块大小 (128 或 64)
`COMPRESS_BASE_ADDR`	32'h4000_0000	压缩输出基地址
`STORAGE_MODE1`	2'd1	模式 1 编码
`STORAGE_MODE2`	2'd2	模式 2 编码
`STORAGE_MODE3`	2'd3	模式 3 编码
`ROWS_PER_IMAGE`	256	每幅图行数
`BYTES_PER_ROW`	512	每行字节数
`BYTES_PER_IMAGE`	131072	每幅图字节数

15.2 addr_calc 参数

参数	默认值	描述
`AXI_ADDR_W`	32	地址宽度
`MEMORY_BLOCK_MB`	128	块大小
`COMPRESS_BASE`	32'h4000_0000	压缩基地址

15.3 bubble_removal 参数

参数	值	描述
`RAW_IMAGE_BYTES`	131072	每幅图字节数 (内部 localparam)

附录 A: 关键时序路径

CMD 握手:  2 拍 (发出 + 检测)
STS 握手:  1 拍 (tready 已预先拉高)
图像间隔:  ~5 拍 (IMG_NEXT 收尾 + IMG_START 发 S2MM)
DMA_AUX 区域间隔: 2 拍 (等待 addr_calc)
PROC 区域间隔: 2 拍 (等待 addr_calc) + 空区域跳过 0 拍

附录 B: 文件清单

new/ccsds122_datamover.sv           ← 顶层集成
new/ccsds122_stream_ctrl.sv         ← 主控制器 (重写)
new/ccsds122_addr_calc.sv           ← 地址计算器 (新建)
new/ccsds122_compression_top.sv     ← 压缩子系统顶层
new/ccsds122_bubble_removal_ctrl.sv ← 气泡消除 (小改)
new/ccsds122_axil_slave.sv          ← AXI-Lite 寄存器
uart/ccsds_uart_axi.sv              ← UART + AXI 封装
uart/axi_uart_upload.sv             ← UART 协议引擎
scripts/upload_compress_download.py ← PC 控制脚本

31 KiB Raw Permalink Blame History Unescape Escape

CCSDS122 Datamover 详细设计方案

目录

1. 系统架构

1.1 整体框图

1.2 数据流向

1.3 图像规格

2. DDR 地址空间分配

2.1 总体布局

2.2 模式 1: PAN + B1~B4

2.3 模式 2: PAN only

2.4 模式 3: B1~B4

2.5 元数据格式

3. 压缩输出地址空间分配

3.1 总体布局

3.2 模式 1, 128M

3.3 模式 2, 128M

3.4 模式 3, 128M

4. 模块划分与职责

5. 顶层状态机

5.1 状态定义

5.2 状态转移图

5.3 三段式 FSM 结构

6. Phase 1: 元数据读取

6.1 流程

6.2 元数据接收 (192-bit shift buffer)

6.3 按模式提取

7. Phase 2: 辅助数据 DMA

7.1 流程

7.2 地址计算

7.3 Bypass 数据路径

7.4 双 STS 分步跟踪

8. Phase 3: 图像压缩搬移

8.1 流程

8.2 单幅图 MM2S 搬移

8.3 图像遍历

8.4 区域完成判断

9. MM2S 命令流水线

9.1 2-in-flight 策略

9.2 CMD 握手协议

9.3 STS 处理时序

10. S2MM 命令策略

10.1 三种场景

10.2 压缩 S2MM 命令

10.3 S2MM 完成检测

11. 地址计算模块

11.1 核心函数

11.2 slot_row 映射表

11.3 移位乘法

11.4 累积和 (阻塞赋值链)

12. Bubble Removal 改动

12.1 新增信号

12.2 生命周期

12.3 压缩路径替换 (3 处)

13. Stream 数据路径

13.1 tready 控制

13.2 数据转发

14. 信号接口

14.1 顶层输入 (PS → datamover)

14.2 顶层输出 (datamover → PS)

14.3 内部 AXI 接口

15. 参数配置

15.1 stream_ctrl 参数

15.2 addr_calc 参数

15.3 bubble_removal 参数

附录 A: 关键时序路径

附录 B: 文件清单

31 KiB

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