CN104915313A - 一种采用fpga实现电平转换的fmc板卡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，本发明通过在DSP芯片和FMC接插件之间设置采用FPGA实现的电平转换单元，使DSP芯片和底板之间的低速单端信号通过FPGA连接，该FPGA包括与FMC接插件连接的电压可变电平接口和与DSP芯片连接的LVCMOS电平接口，通过FPGA进行编程，使通过电压可变电平接口的单端信号组的信号和LVCMOS电平接口处DSP端信号一一连接，实现了DSP信号和底板低速单端信号的互通，对于多达上百个的DSP单端信号而言，通过一个小面积低成本的FPGA芯片就可实现多路信号电平的转换，极大减小了电平转换电路面积，能够满足FMC板卡面积小的要求。本发明解决了现有FMC板卡信号接口电平固定，对底板适应性差以及采用一般的电平转换芯片无法适应FMC面积小的问题。

Description

一种采用FPGA实现电平转换的FMC板卡
技术领域
本发明涉及一种采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，属于电子电路设计技术领域。
背景技术
FMC板卡是一种通用的板卡模块，旨在为基础板(载卡或底板)上的FPGA提供标准的加层板、连接器和模块接口。其结构如图1所示，左边是FMC接插件，右边是多核DSP TMS320C6678，6678左边部分是DSP和FMC接插件的连接信号，该板卡的连接信号主要分为两大类：高速串行总线和低速信号。该板卡的高速串行总线包括PCIE、SRIO和SGMII，这些总线均采用差分信号，具有速率高的特点，速率可到10Gbps；另一类低速信号属于单端信号，传输速率较低，这类信号从功能上分成2种：第一种用于实现数据传输，包括EMIF，I2C，TISP，第二种用于实现功能控制，包括BOOTMODE(和GPIO复用管脚)、RESET&CONTROL、TIMER。
现有FMC板卡把高速线和低速线全部连接到FMC接插件，而FMC板卡必须插在底板上才能工作，底板上设计FPGA芯片和底板的FMC连接器相连，板卡的这种方式实现了DSP外部接口和底板上FPGA的互联，可以由FPGA对DSP进行控制(比如BOOTMODE决定启动方式、对DSP复位等)和通信(高速的如SRIO，PCIE，低速的如I2C，TISP等)。低速信号采用单端电平的方式，DSP端的电平标准LVCMOS(1.8V)，这就要求底板上FPGA和DSP互联的BANK必须采用同样的电平标准以及相应的供电电压(FPGA的外部IO分成多个BANK，每个BANK可以设计成不同的供电电压，BANK内所有引脚的电平标准一致，不同BANK间的电平标准可以不同)，很多底板的接口电平都没有设计LVCMOS(1.8V)电平标准，无法和FMC板卡相连接，限制了板卡的使用。
为了实现电平的兼容，一般采取电平转换芯片做电平转换，针对FMC板卡的，采用电平转换芯片进行电平转换带来以下技术问题：由于DSP的单端信号有百个之多，需要很多片电平转换芯片才能实现对所有信号的转换，而FMC板卡面积较小，最大边框长69宽76.5毫米，DSP和电源芯片等必要的外围电路占据了大部分空间，无法再摆放下所需的电平转换芯片，不能实现对DSP所有单端信号的转换，限制了板卡的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，以解决目前FMC板卡中DSP与底板之间采用电平转换芯片进行电平转换所带来的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，包括FMC接插件和DSP芯片，DSP芯片通过FMC接插件用于连接到底板，所述的DSP芯片和FMC接插件之间还设置有电平转换单元，该电平转换单元采用FPGA，DSP芯片和底板之间的低速单端信号通过FPGA连接，该FPGA包括与FMC接插件连接的电压可变电平接口和与DSP芯片连接的LVCMOS电平接口。
所述FPGA上的电压可变电平接口的电源由底板通过FMC连接器提供。
所述LVCMOS电平接口的电源由独立电源模块提供。
所述FPGA还可通过编程对其功能进行扩展。
所述FPGA和FMC连接器之间的接口采用总线方式，具有地址线、数据线和控制线，所述FPGA内设置有地址存储单元，用于存储总线接口与DSP接口之间的映射关系。
所述FPGA通过编程可实现对BOOTMODE和RESET&CONTROL引脚的控制逻辑。
本发明的有益效果是：本发明通过在DSP芯片和FMC接插件之间设置采用FPGA实现的电平转换单元，使DSP芯片和底板之间低速单端信号通过FPGA连接，该FPGA包括与FMC接插件连接的电压可变电平接口和与DSP芯片连接的LVCMOS电平接口，通过FPGA进行编程，使通过电压可变电平接口的单端信号组的信号和LVCMOS电平接口处DSP端信号一一连接，实现了DSP信号和底板低速单端信号的互通，对于多达上百个的DSP单端信号而言，通过一个小面积低成本的FPGA芯片就可实现多路信号电平的转换，极大减小了电平转换电路体积，能够满足FMC板卡面积小的要求。本发明解决了现有FMC板卡信号接口电平固定，对底板适应性差以及采用一般的电平转换芯片无法适应FMC面积小的问题，能够适应所有电平标准的底板。
附图说明
图1是现有FMC板卡的结构示意图；
图2是本发明FMC板卡的结构示意图；
图3是本发明FMC板卡与底板电平转换的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明针对现有FMC板卡采用电平转换芯片实现DSP单端信号的问题而提供一种新型的FMC板卡，该FMC板卡采用FPGA实现DSP单端信号电平的转换，利用FPGA多管脚和可编程的特性实现DSP多个单端信号的电平转换，使DSP芯片和底板之间的低速单端信号通过该FPGA连接，该FPGA包括与FMC接插件连接的电压可变电平接口和与DSP芯片连接的LVCMOS电平接口。
下面以一个具体的FMC板卡为例进行说明，本实施中的FMC板卡为FMC-6678，该板卡的具体结构如图2所示，包括FMC连接器、DSP(型号TMS320C6678)和FPGA(型号EP3C10-U256)，FMC板卡的高速串行信号由DSP的高速总线直接通过FMC连接器连接至底板，实现高速通信，本实施例中FMC板卡的高速串行总线包括PCIE、SRIO和SGMII；低速的单端信号通过FPGA与DSP连接，FPGA包括与FMC接插件连接的电压可变电平接口和与DSP连接的LVCMOS(1.8V)电平接口。电压可变电平接口的电源由底板提供，按照FMC的标准VITA57.1的定义，底板送给FMC连接器3路电源，电压分别为12V、3.3V和VADJ，VADJ设计为与底板的FPGA的接口电平一致，送给FMC连接器后作为FMC板卡的接口信号的电源；LVCMOS电平接口的电源由FMC板卡上的1.8V电源模块提供。FMC板卡与底板之间电平转换由FPGA通过编程及对各接口的管脚进行配置实现。
以TSIP接口为例的连接方法如图3所示，具体过程如下：
FMC板卡上的FPGA通过VHDL语言对FPGA的管脚进行配置，使左边的单端信号组的信号和右边的各种信号一一连接，实现了信号的互通。如果底板的FPGA为LVCMOS(2.5V)的电平标准，则底板输出的VADJ电源的电压也为2.5V，该电源作为FMC板卡上FPGA相应BANK的电源，该BANK的所有信号的电平标准也为LVCMOS(2.5V)，和底板上FPGA的电平标准一致。如果底板FPGA的电平标准为LVCMOS(3.3V)，则底板输出3.3V的VADJ作为FPGA相应BANK的电源，该BANK的信号的电平为LVCMOS(3.3V)，和底板上FPGA的电平标准一致。实现FMC板卡DSP和多种类型底板FPGA之间低速单端信号的电平转换和互联。本发明采用FPGA既可实现电平转换，也可通过编程对FPGA的功能进行扩展，使FMC板卡使用更加便利。下面就两个扩展的实例进行说明。
1.DSP需要外部配置信号进行正确控制才能正常工作，包括BOOTMODE、RESET和CONTROL等信号。在FMC板的FPGA内实现配置信号的控制逻辑，底板上的FPGA的就不用实现这些逻辑，使该FMC板卡更加独立。用户使用FMC板卡时只需要在底板的FPGA上实现和DSP的高速通信接口，减少了使用中的工作量。
2.单端低速信号有上百个之多，采用电平转换芯片做电平转换在设计PCB时必须在芯片两端分别布设100多条线，在有限的空间内增加了布线的困难。采用FPGA做电平转换，FPGA和FMC的接口可以设计成总线方式，在FPGA内设计地址空间，把FPGA和DSP的接口都映射到固定的地址上。
比如TSIP接口有8条接收数据线，8条发送数据线，4条时钟和同步线共20条线，2个TSIP接口共占用40条线。在FMC和FPGA的接口处也需要设计40条线。采用总线方式，按照表1进行地址映射。底板的FPGA通过总线访问FMC板上的FPGA(简称FMC-FPGA)，底板FPGA向地址1上写的8位数据写入FMC-FPGA内部的逻辑，并在FMC-FPGA和DSP的TSIP0接口上输出。类似的底板FPGA向地址4上写的8位数据会在FMC-FPGA和DSP的TSIP1接口上输出。此时FMC-FPGA和FMC之间只需要8条数据线、3条地址线和4条控制线。采用此种方法以15条线实现了40条线的功能。
表1 总线地址映射
通过总线扩展这样可以大量减少FMC和FMC-FPAG之间的单端信号线的数量。降低FPGA的引脚数量，进一步减少FPGA占用的板上面积和降低PCB布线的复杂度。

Claims (6)

1.一种采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，包括FMC接插件和DSP芯片，DSP芯片通过FMC接插件用于连接到底板，其特征在于，所述的DSP芯片和FMC接插件之间还设置有电平转换单元，该电平转换单元采用FPGA，DSP芯片和底板之间的低速单端信号通过FPGA连接，该FPGA包括与FMC接插件连接的电压可变电平接口和与DSP芯片连接的LVCMOS电平接口。
2.根据权利要求1所述的采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，其特征在于，所述FPGA上的电压可变电平接口的电源由底板通过FMC连接器提供。
3.根据权利要求1所述的采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，其特征在于，所述LVCMOS电平接口的电源由独立电源模块提供。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，其特征在于，所述FPGA还可通过编程对其功能进行扩展。
5.根据权利要求4所述的采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，其特征在于，所述FPGA和FMC连接器之间的接口采用总线方式，具有地址线、数据线和控制线，所述FPGA内设置有地址存储单元，用于存储总线接口与DSP接口之间的映射关系。
6.根据权利要求4所述的采用FPGA实现电平转换的FMC板卡，其特征在于，所述FPGA通过编程可实现对BOOTMODE和RESET&CONTROL引脚的控制逻辑。
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