CN105468098A - 一种工控机主板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工控机主板，本发明实施例所提供的工控机主板，包括：载板，用于设置CPU模块、FPGA模块、模数转换ADC模块接插件以及外部接口；CPU模块，分别与FPGA模块、ADC模块接插件连接，用于接收数据、处理数据以及输出数据；FPGA模块，与外部接口连接，用于通过外部接口接收数据，并对接收到的数据进行处理，并通过外部接口输出数据；ADC模块接插件，与FPGA模块连接，用于连接可插接的ADC模块，并与FPGA模块通讯；外部接口，用于将外部数据输入至FPGA模块。通过本发明设计的FPGA模块与可更换的ADC模块配合，可以实现AD数据缓存等功能的扩展，使主板资源配置灵活，同时提高了板卡空间的利用，减小了系统整体的设计尺寸。

Description

一种工控机主板

技术领域

本申请涉及数字信号处理系统技术领域，尤其涉及一种工控机主板。

背景技术

随着卫星技术的发展及卫星布局的逐渐完善，卫星应用成为了卫星技术发展的主要方向。而卫星应用领域中卫星数据接收及解析成为了该领域的重点发展方向。应用于卫星数据接收的数字信号处理系统被用来完成卫星数据接收及解析的工作。

遥感卫星、通信卫星、气象卫星及中继卫星等卫星数量的增多以及数据量的增大，使得通信速率和数据容量也在不断提高。由于各种卫星的通信速率及数据量不尽相同，因此数据接收系统的采样频率及运算能力的需求也不同。目前常用的数字信号处理系统是根据星型进行定制。数据信号处理系统通常由信号预处理电路、模拟数字转换电路及工控机主板组成。作为数字信号处理系统的重要组成部分，工控机主板的性能严重制约着数字信号处理系统的性能。

目前大多数的数字信号处理系统是基于6U机箱尺寸设计，工控机主板通常根据功能需求选用主流工控机制造商的成型产品，以缩短研发周期。但此种方式存在的问题较为明显：

1)兼容性差，需要针对不同种类的卫星或者不同通信接口的数字信号处理系统设计不同的主板；

2)尺寸可控性低，若限制系统占用空间或机箱插槽不足的情况，需要与制造商定制，不但加长了研发周期而且提高了系统成本；

3)功能扩展性差，成型产品功能相对固定基本不能扩展额外功能

发明内容

本发明实施例提供了一种工控机主板，用以解决现有技术中工控机主板兼容性差、尺寸可控性低、功能扩展性差的问题。

其具体的技术方案如下：

一种工控机主板，所述工控机主板包括：载板、CPU模块、可编程门阵列FPGA模块、模数转换ADC模块接插件以及外部接口，其中

所述载板，用于设置所述CPU模块、所述FPGA模块、所述模数转换ADC模块接插件以及所述外部接口；

所述CPU模块，分别与所述FPGA模块、所述ADC模块接插件连接，用于接收数据、处理数据以及输出数据；

所述FPGA模块，分别与所述ADC模块接插件以及所述外部接口连接，用于通过外部接口接收数据，并对接收到的数据进行处理，并通过所述外部接口输出数据；

所述ADC模块接插件，与所述FPGA模块连接，用于连接可插接的ADC模块，并与所述FPGA模块通讯；

所述外部接口，用于将外部数据输入至所述FPGA模块或将所述FPGA模块数据输出至其他板卡。

可选的，所述CPU模块为可插接的连接在所述载板上，以使所述CPU模块可更换。

可选的，所述FPGA模块为可插接的连接在所述载板上，用于对接收到的数据进行数据缓存以及数据处理。

可选的，所述ADC模块接插件，具体用于插接ADC模块，使得插接的ADC模块与所述FPGA模块连接。。

可选的，所述ADC模块具体为模拟数字转换电路板，用于进行多路模拟信号采集，将模拟信号转换为数字信号，采集的数据通过数据总线传输至FPGA模块中。

可选的，所述外部接口可兼容多种总线协议，包括PCI协议、VME协议以及VPX协议。

可选的，所述工控机主板，还包括：

人机交互接口，与所述CPU模块连接，用于与其他数字信号处理系统通信，并将CPU模块生成的数据传输至其他数字信号处理系统。

可选的，所述人机交互接口具体为视频传输标准VGA接口、USB接口、高速网络接口中的任意一种或者几种接口的组合。

可选的，所述工控机主板，还包括：

主板硬盘，设置于所述载板上，与所述CPU模块连接，用于接收CPU模块的数据并进行存储，以及向CPU模块提供数据。

本发明提供了一种工控机主板，用于解决现有技术中工控机主板兼容性差、尺寸可控性低、功能扩展性差的问题，本发明实施例所提供的工控机主板，包括：载板、CPU模块、可编程门阵列FPGA模块、模数转换ADC模块接插件以及外部接口，其中，载板，用于设置CPU模块、FPGA模块、模数转换ADC模块接插件以及外部接口；CPU模块，分别与FPGA模块、ADC模块接插件连接，用于接收数据、处理数据以及输出数据；FPGA模块，与外部接口连接，用于通过外部接口接收数据，并对接收到的数据进行处理，并通过外部接口输出数据；ADC模块接插件，与FPGA模块连接，用于连接可插接的ADC模块，并与FPGA模块通讯；外部接口，用于将外部数据输入至FPGA模块。通过本发明实施例所提供的工控机主板上设计的FPGA模块与可更换的ADC模块配合，可以实现如数据预处理、AD数据缓存等功能的扩展，同时提高了板卡空间的利用，减小了系统整体的设计尺寸。

附图说明

图1为本发明实施例中一种工控机主板的结构示意图之一；

图2为本发明实施例中一种工控机主板的结构示意图之二。

具体实施方式

本发明实施例中提供了一种工控主板，用于解决现有技术中工控机主板兼容性差、尺寸可控性低、功能扩展性差的问题，本发明实施例所提供的工控机主板，包括：载板、CPU模块、可编程门阵列FPGA模块、模数转换ADC模块接插件以及外部接口，其中，载板，用于设置CPU模块、FPGA模块、模数转换ADC模块接插件以及外部接口；CPU模块，分别与FPGA模块、ADC模块接插件连接，用于接收数据、处理数据以及输出数据；FPGA模块，与外部接口连接，用于通过外部接口接收数据，并对接收到的数据进行处理，并将数据传输给CPU；ADC模块接插件，与FPGA模块连接，用于连接可插接的ADC模块，并与FPGA模块通讯；外部接口，用于将外部数据输入至FPGA模块。通过本发明实施例所提供的工控机主板上设计的FPGA模块与可更换的ADC模块插接件配合，可以实现如数据预处理、AD数据缓存等功能的扩展，同时提高了板卡空间的利用，减小了系统整体的设计尺寸。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。

如图1所示为本发明实施例中一种虚拟观测数据的生成方法的流程图，该方法包括：载板101、CPU模块102、可编程门阵列FPGA模块103、模数转换ADC模块接插件104以及外部接口105；

载板，用于设置CPU模块102、FPGA模块103、模数转换ADC模块接插件104以及外部接口105；

CPU模块102，分别与FPGA模块103、ADC模块接插件连接104，用于接收数据、处理数据以及输出数据；

FPGA模块103，分别与ADC模块接插件连接104外部接口连接105，用于通过外部接口105接收数据，并对接收到的数据进行处理，并通过外部接口105输出数据；

ADC模块接插件104，与FPGA模块103连接，用于连接可插接的ADC模块，并与FPGA模块103通讯；

外部接口105，用于将外部数据输入至FPGA模块103或将数据输出到其他板卡。

具体来讲，工控机主板与数字信号处理系统中模拟数字转换部分通过外部接口连接，实现数据传输、数据处理及状态控制等功能，该接口支持PCIe、PCI、VME及VPX等总线协议，根据模拟数字转换电路总线协议的不同，只需在FPGA模块中进行相应设置即可实现兼容。

进一步，CPU模块102是工控机主板的最核心部分，其设计遵循COMe协议标准。因此满足COMe标准的CPU最小系统都可以应用于本发明中。不同的数字信号处理任务要求的CPU性能也不相同，在面对不同要求的任务时，只需更换CPU模块102，使其达到任务要求即可，这样就免去了系统的重新设计，或者需同时配有几套不同性能的数据信号处理系统的问题，不但缩短了设计周期而且节约了成本。

进一步，FPGA模块103用来实现接口协议及数据处理等功能。当系统的尺寸空间受到限制时，将ADC模块插入载板101上的ACD接插件模块104，与FPGA模块103配合完成模拟数字转换、数据缓存及数据处理等工作，这样就省去了模拟数字转换电路及相应的功能模块，从而实现空间和功能利用的最大化并且有效的减少板卡的数量。FPGA模块103可兼容多种型号的FPGA，当FPGA资源不够或者过剩时，可以更换更加适合的FPGA，从而实现资源分配的最优化，并且有效的控制成本和研发周期。FPGA模块103与CPU模块102的通信通过PLX8311芯片实现。ADC模块可根据需求重新设计或使用系统原有板卡。

进一步，ADC模块具体为模拟数字转换电路板，用于进行多路模拟信号采集，将模拟信号转换为数字信号，采集的数据通过数据总线传输至FPGA模块103中。

进一步，外部接口105可兼容PCIe协议、PCI协议、VME协议、VPX协议等，协议的选择是通过FPGA模块103实现。

进一步，如图2所示，在图2中，该工控机主板还包括：

人机交互接口201，与所述CPU模块102连接，用于与其他数字信号处理系统通信，并将CPU模块102生成的数据传输至其他数字信号处理系统。

具体来讲，人机交互接口201部分主要包括VGA接口、USB3.0接口及高速网络接口。VGA接口与显示器连接；USB接口及网络接口可用于与其他的数字信号处理系统通信，实现数据共享及资源共享等。

进一步，在本发明实施例中，该工控机主板还包括主板硬盘202，主板硬盘202部分通过SATA接口与CPU模块102连接，用于接收CPU模块的数据并进行存储，以及向CPU模块提供数据。在本发明实施例中可根据数据存储量的不同选择不同容量的硬盘。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1.传统的6U工控机主板通常是供应商已经封装好的成型产品，因此功能相对固定，对于不同的信号处理系统或者系统需求有所变化时，就需要重新选择相应主板，兼容性差。与其相比，本发明采用CPU模块为主体配合载板实现需要功能的方式，可根据不同系统对CPU的不同性能要求，选择不同的CPU模块。这样不但缩短了研发周期，而且大大降低了成本。

2.在机箱板卡插槽有限或者限制系统整体尺寸的情况下，传统板卡往往需要特殊定制，周期长费用高。本发明在载板上设计有FPGA模块通过编程可直接和ADC模块相连，对采集数据进行缓存，并存储到主板的硬盘上，这样就使得主板上的空间103得到了有效的利用，当FPGA性能不足或过剩时，可更换FPGA达到资源的最大化利用。ADC模块亦可根据需求功能定制，通过通用接插件插接在载板上，与FPGA通过LVDS接口通信。

3.本发明支持多种接口协议，如PCIE、PCI、VME、VPX等。同时在载板上设计有多种人机交互接口，如VGA显示接口、USB3.0接口、网络接口，能够满足人机交互及不同系统间的通信需求。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种工控机主板，其特征在于，所述工控机主板包括：载板、CPU模块、可编程门阵列FPGA模块、模数转换ADC模块接插件以及外部接口，其中

所述载板，用于设置所述CPU模块、所述FPGA模块、所述模数转换ADC模块接插件以及所述外部接口；

所述CPU模块，分别与所述FPGA模块、所述ADC模块接插件连接，用于接收数据、处理数据以及输出数据；

所述FPGA模块，分别与所述ADC模块接插件以及所述外部接口连接，用于通过外部接口接收数据，并对接收到的数据进行处理，并通过所述外部接口输出数据；

所述ADC模块接插件，与所述FPGA模块连接，用于连接可插接的ADC模块，并与所述FPGA模块通讯；

所述外部接口，用于将外部数据输入至所述FPGA模块或将所述FPGA模块数据输出到其他板卡。

2.如权利要求1所述的工控机主板，其特征在于，所述CPU模块为可插接的连接在所述载板上，以使所述CPU模块可更换。

3.如权利要求1所述的工控机主板，其特征在于，所述FPGA模块为可插接的连接在所述载板上，用于数据缓存以及数据处理。

4.如权利要求1所述的工控机主板，其特征在于，所述ADC模块接插件，具体用于插接ADC模块，使得插接的ADC模块与所述FPGA模块连接。

5.如权利要求4所述的工控机主板，其特征在于，所述ADC模块具体为模拟数字转换电路板，用于进行多路模拟信号采集，将模拟信号转换为数字信号，采集的数据通过数据总线传输至FPGA模块中。

6.如权利要求1所述的工控机主板，其特征在于，所述外部接口可兼容多种总线协议，包括PCI协议、VME协议以及VPX协议。

7.如权利要求1所述的工控机主板，其特征在于，所述工控机主板，还包括：

人机交互接口，与所述CPU模块连接，用于与其他数字信号处理系统通信，并将CPU模块的数据传输至其他数字信号处理系统。

8.如权利要求7所述的工控机主板，其特征在于，所述人机交互接口具体为视频传输标准VGA接口、USB接口、高速网络接口中的任意一种或者几种接口的组合。

9.如权利要求1-8中任一权项所述的工控机主板，其特征在于，所述工控机主板，还包括：

主板硬盘，设置于所述载板上，与所述CPU模块连接，用于接收CPU模块的数据并进行存储，以及向CPU模块提供数据。