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CPCI总线接口设计方法

2016/02/16 阅读:

摘要:

随着科学技术不断发展,新一代嵌入式前端处理中总线速率和CPU处理器技术在多种装备设计制造中不断得到广泛应用。本文立足于在对CPCI总线标准进行深入研究的基础上,对基于FPGA的CPCI总线接口设计方法进行了进一步的学习探讨,并对其接口设计功能进行了简单分析,希望可以在以后的工作中提供一些借鉴作用。

关键词:

FPGA;CPCI;总线接口

PCI工业计算机厂商联盟制定的CPCI规范,在嵌入式应用和工业中得到了广泛的应用。在软件功能、逻辑以及电气方面其能够很好的兼容于PCI标准。在本次设计探讨中选择了FPGA芯片和CPCI协议转换芯片PCI9030,将简化的PCI接口逻辑设计完成,并且保证了具有32bit数据宽度、33MHz总线周期的PCI从设备模块的接口功能的实现,将大量的逻辑资源节省了下来。

1基于FPGA的CPCI总线接口设计的系统分析

现在设计CPCI总线接口与设计PCI接口采用了相同的方法,一般都会选择两种方案,也就是专用总线接口和可编程逻辑器件。其中可编程逻辑器件主要是以PCI协议为根据使PCI总线接口控制器得以实现,然而由于PCI协议具有非常高的复杂性,因此其具有较长的周期和较大的开发难度,并且无法在较短的时间内保证系统稳定的实现。目前很多开发者都是选择现成的PCI接口器件,其具有很高的通用性和较低的成本,并且可以对数据传输进行优化,将相应的配置空间提供出来,因此其属于一种不仅省时而且省力的方案。选择FPGA+PCI接口芯片构建本系统,其主要由Altera的FPGA芯片和PCI9030共同组成。选择EP2C35F672I8器件作为FPGA芯片,其能够利用硬件描述语言将控制时序信号形成,完成读写地址总线和数据总线,从而实现与CPCI数据总线的通信工作。PCI9030一共提供了3种物理总线接口,也就是PCI总线接口、串行EEPROM接口以及LOCAL总线接口,其同时还包括若干个中断发生器、可编程片选信号、可编程GPIO接口以及LOCAL总线地址到PCI总线空间。

2基于FPGA的CPCI总线接口设计分析

利用桥片PCI9030FPGA就可以连接CPCI总线,其内部在进行高速数据缓冲的时候主要是采用异步双口RAM来实现的。桥片的信号一共包括本地总线信号、串行EEPROM接口信号以及PCI总线信号。其中的J1、J2的总线信号可以与PCI总线信号实现相互连接,因此不必对其进行特殊处理。由于选择的是与SPI接口规范相符合的串行EEPROM接口,因此能够对相应的IP包进行调用。与本地功能设备的接口使用本地总线信号,其具有简单的操作和简单时序的特点。J1上的INTA必须要连接外设板卡的中断引脚,这样才能够确保可靠有效的中断信号。PCI9030器件需要3.3V的工作电压,然而其提供的VIO信号可以自适应3.3V和5.0V的接口电平。为了能够使卡板上总线受到的CPCI总线的信号线分支的影响得以减轻,就必须要选择串联电阻的方式对总线信号进行匹配。需要设计65×(1±0.1)ΩPCB的布线特征阻抗以及10Ω的匹配电阻[1]。

3基于FPGA的CPCI总线接口设计的功能分析

使用PLX—Mon软件工具来对CPCI板卡进行调试,该PLX—Mon软件工具主要是PLX公司生产的。将PLX—Mon软件安装在Windows主板中,能够更加便利的进行调试。在PLX-Mon的安装文件夹中找到EEPROM配置文件,然后加载EEPROM配置文件,将计算机主板启动“。PCI板卡上电之后,EEPROM对桥片进行配置,从而完成系统用于识别PCI卡的vendorID和deviceID两个参数的配置。另外该标识也用于应用程序对PCI板卡进行定位。与此同时还应该为Local端的4个Space配置相应的属性参数和基地址。启动系统之后,根据相关提示将对应的板卡驱动安装好,就可以完成整个的系统架构。进而以功能要求为依据进行固件程序和软件的编写。软件程序是基于Vxworks操作系统下的CPCI板卡的软件开发,该软件的开发是整个软件程序开发的基础。以PCI9030为例,主要有以下几个步骤。第一,将BSP包制作出来,主要是对CP9030init.c文件和PCI驱动程序进行增加,并且进行内存映射,用内存读写的方式来访问CPCI板卡[2]。本文使用的是映射Localspace0Local,在实际操作中可以在S0~S3中进行选择。在配置寄存器列表的0x18地址单元中存放S0的基地址。第二,用户程序。也就是读写操作端口地址,端口地址包括FPGA里设计的端口地址(偏移量)和S0的基地址(adress)。要获取端口地址可以使用PciConfigInLong。使用指针操作进行PCI端口操作,这是由于其使用的是内存读写。第三,中断操作,将LocalConfigRegister列表的基地址得出来。

4结语

作为新型的开放式工业计算机标准,CPCI总线是工业设备和计算机诸多经广泛验证经验融合的结果,基于FPGA的CPCI总路线接口设计结合了欧式卡组装技术和PCI总线技术,其能够完全兼容传统的PCI系统,使设备的抗恶劣环境能力得到大幅提高,其在故障管理、故障切换和冗余设计中也留有很大的空间,因此应用的非常广泛,在项目中发挥了广泛的用途。

参考文献

[1]李国胜.基于CPCI总线的高速数据记录系统设计[J].计算机与网络.2011(19).

[2]陈立万,黄青龙,刘万里.基于FPGA的数据采集系统的设计[J].合肥工业大学学报(自然科学版).2011(03).

作者:蒋晓 单位:中国电科技集团公司第三十八研究所

CPCI总线接口设计方法

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