CN109240960B - 一种基于vpx架构的交换板电路及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于VPX架构的交换板电路及其实现方法。该交换板电路包括负责完成交换板上各芯片的初始化配置及监控的管理控制模块、负责各板卡间的以太网通信数据交换的GbE交换模块、负责各板卡间的SRIO通信数据交换的SRIO交换模块和负责完成各板卡间的LVDS通信数据交换的LVDS交换模块。本发明针对数据通信系统中对VPX交换板的多种交换功能需求，利用FPGA芯片实现LVDS通信数据交换功能，利用以太网交换芯片实现GbE通信数据交换，利用SRIO交换芯片实现SRIO通信数据交换，VPX交换板可插入VPX系统中实现多种交换功能。
Description
技术领域
本发明涉及国防和航空领域的数据通信系统，具体涉及一种基于VPX架构的交换板电路及其实现方法。
背景技术
新型VPX（VITA46）标准时自从VME引入后，对于VME总线架构的最重大也是最重要的改进，它将增加背板宽度，集成更多的I/O，扩展了格式布局。目前，VME64x已经不能满足国防和航空领域越来越高的性能。许多应用，例如雷达、图像处理、智能信号处理等，由于受到VME64x传输带宽的限制，系统性能无法进一步提高。VPX系统应运而生，VPX总线是VME技术的进化。它采用高速串行总线代替并行总线，使得军用和航空嵌入式计算机系统得到更高的性能。GbE（Gigabit Ethernet）是基于IP数据通信的标准，广泛应用于平台间网络和同一背板中的子系统。SRIO（Serial RapidIO）是DSP应用中高密度多处理簇互联的最好方式。GbE和SRIO各有优势，如果将这些交换结构结合在一起应用于系统中将形成一种强大的交换结构。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种基于VPX架构的交换板电路及其实现方法。
本发明采取的技术方案是：一种基于VPX架构的交换板电路，其特征在于：该交换板电路包括负责完成交换板上各芯片的初始化配置及监控的管理控制模块、负责各板卡间的以太网通信数据交换的GbE交换模块、负责各板卡间的SRIO通信数据交换的SRIO交换模块和负责完成各板卡间的LVDS通信数据交换的LVDS交换模块，其中GbE交换模块通过GE总线与连接器连接，LVDS交换模块通过LVDS总线与连接器连接，SRIO交换模块通过SRIO总线与连接器连接，管理控制模块通过CTR总线分别与GbE交换模块、SRIO交换模块、LVDS交换模块连接。
本发明所述的管理控制模块采用STM32单片机，GbE交换模块采用BCM53346以太网交换芯片，SRIO交换模块采用CPS1848交换芯片，LVDS交换模块采用FPGA-V6芯片，其中STM32单片机分别通过I2C总线、RESET线与CPS1848交换芯片连接；STM32单片机分别通过QSPI总线、RESET线与BCM53346以太网交换芯片连接；STM32单片机分别通过select Map总线、SPI总线、RESET线与FPGA-V6芯片连接；STM32单片机通过UART转USB芯片将UART总线转换为USB总线并连接USB接口。
本发明所述的BCM53346以太网交换芯片通过GE总线连接变压器MAG，经过变压隔离后再通过GE总线连接连接器；BCM53346以太网交换芯片通过GE总线连接变压器MAG，经过变压隔离后再通过GE总线连接RJ45网口；BCM53346以太网交换芯片通过GE总线连接FPGA-V6芯片；BCM53346以太网交换芯片通过FE总线连接STM32单片机；BCM53346以太网交换芯片通过QSPI总线分别连接STM32单片机、QSPI FLASH芯片；BCM53346以太网交换芯片挂接DDR3存储器。
本发明所述的CPS1848交换芯片通过SRIO总线连接连接器；CPS1848交换芯片通过I2C总线连接STM32单片机；通过SRIO总线连接FPGA-V6芯片。
本发明所述的FPGA-V6芯片分别通过LVDS总线、高速Serdes Transceiver总线连接连接器；FPGA-V6芯片通过RGMII总线连接PHY芯片，PHY芯片再通过GE总线连接BCM53346以太网交换芯片；FPGA-V6芯片通过SRIO总线连接CPS1848交换芯片；FPGA-V6芯片挂接DDR3存储器；FPGA-V6芯片分别通过SPI总线、selectMap总线连接STM32单片机。
本发明所述的一种基于VPX架构的交换板电路的实现方法，其特征在于：将交换板电路划分为四个功能模块：管理控制模块、GbE交换模块，SRIO交换模块和LVDS交换模块；四个功能模块实现的方法步骤如下：
（一）、所述的管理控制模块的STM32单片机通过selectMap方式上电自动加载FPGA程序，通过SPI总线完成与FPGA间的数据通信；STM32单片机通过QSPI总线将BCM53346以太网交换芯片的初始化程序下载到其外挂的QSPI FLASH芯片中，保证BCM53346以太网交换芯片上电后初始化启动成功；STM32单片机通过I2C总线完成CPS1848交换芯片的初始化配置及监控；STM32单片机通过UART转USB芯片将UART总线转化为USB总线并连接对外的USB接口实现在线调试及状态监测。
（二）、所述的GbE交换模块的BCM53346以太网交换芯片电路上电后，由STM32单片机通过QSPI总线将BCM53346以太网交换芯片的启动程序加载到QSPI FLASH芯片中，从QSPIFLASH芯片中加载启动程序，完成初始化配置；BCM53346以太网交换芯片通过GE总线将背板连接器、FPGA-V6芯片与前面板的RJ45网口连接起来，实现VPX系统中各业务板卡间的GbE通信数据交换，及业务板卡、FPGA-V6芯片、前面板的RJ45网口间的GbE通信数据交换。
（三）、所述的SRIO交换模块的CPS1848交换芯片电路上电后，由STM32单片机通过I2C总线初始化配置CPS1848交换芯片，CPS1848交换芯片通过SRIO总线与FPGA-V6芯片及背板连接器互连，实现VPX系统中各业务板卡间SRIO通信数据交换，及业务板卡、FPGA-V6芯片间SRIO通信数据交换。
（四）、所述的LVDS交换模块的FPGA-V6芯片电路上电后，由STM32单片机通过selectMap总线加载FPGA程序，FPGA-V6芯片通过SPI总线完成与STM32单片机的数据交互，通过SRIO总线与CPS1848交换芯片完成SRIO通信数据交换，通过RGMII总线接口及PHY芯片完成与BCM53346以太网交换芯片的GbE通信数据交换，通过背板连接器将LVDS总线连接到各个板卡，实现各业务板卡间的LVDS通信数据交换，通过高速Transceiver通道将数据落盘到存储板上。
本发明所产生的有益效果是：本方案针对数据通信系统中对VPX交换板的多种交换功能需求，利用FPGA芯片实现LVDS通信数据交换功能，利用以太网交换芯片实现GbE通信数据交换，利用SRIO交换芯片实现SRIO通信数据交换，VPX交换板可插入VPX系统中实现多种交换功能。
附图说明
图1为本发明交换板系统框图；
图2为图1中的管理控制模块电路框图；
图3为图1中的GbE交换模块电路框图；
图4为图1中的SRIO交换模块电路框图；
图5为图1中的LVDS交换模块电路框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明的基于VPX架构的交换板电路功能划分为四个功能模块：管理控制模块、GbE交换模块，SRIO交换模块和LVDS交换模块。
管理控制模块功能主要由STM32单片机完成，负责完成板上各芯片的初始化配置及监控；GbE交换模块功能主要由BCM53346以太网交换芯片完成，负责完成各板卡间的以太网交换功能；SRIO交换模块功能由RapidIO CPS1848交换芯片完成，负责完成各板卡间的SRIO通信数据交换功能，其中信道宽度为SRIO×4；LVDS交换模块主要由FPGA-V6芯片完成，负责完成各板卡间的LVDS通信数据交换功能，并通过FPGA-V6芯片的高速Transceiver通道将数据落盘。
如图2所示，本交换板的管理控制功能主要由STM32单片机完成，STM32单片机通过selectMap方式上电自动加载FPGA程序，通过SPI总线完成与FPGA间的数据通信；STM32单片机通过QSPI总线将BCM53346以太网交换芯片的初始化程序下载到其外挂的QSPI FLASH芯片中，保证BCM53346上电后初始化启动成功；STM32单片机通过I2C总线完成CPS1848交换芯片的初始化配置及监控；STM32单片机通过UART转USB芯片将UART总线转化为USB总线并连接对外的USB接口，实现在线调试及状态监测。
如图3所示，GbE交换功能主要由BCM53346以太网交换芯片完成，电路上电后由STM32单片机通过QSPI总线将BCM53346以太网交换芯片的启动程序加载到QSPI FLASH芯片中，BCM53346以太网交换芯片上电后，从QSPI FLASH芯片中加载启动程序，完成初始化配置；BCM53346以太网交换芯片通过GE总线将背板连接器、FPGA-V6芯片与前面板的RJ45网口连接起来，实现VPX系统中各业务板卡间的GbE通信数据交换，及业务板卡、FPGA-V6芯片、前面板的RJ45网口间的GbE通信数据交换。
如图4所示，SRIO交换功能主要由RapidIO CPS1848交换芯片完成，电路上电后由STM32单片机通过I2C总线初始化配置CPS1848交换芯片，CPS1848交换芯片通过SRIO总线与FPGA-V6芯片及背板连接器互连，实现各业务板卡间SRIO通信数据交换功能，其中每条信道宽度为SRIO×4。
如图5所示，LVDS交换功能主要由FPGA-V6芯片完成，电路上电后由STM32单片机通过selectMap总线加载FPGA程序，FPGA-V6芯片通过SPI总线完成与STM32单片机的数据交互，通过SRIO总线与CPS1848交换芯片完成SRIO通信数据交换功能，通过RGMII总线及PHY芯片（以太网通信中物理层芯片）完成与BCM53346以太网交换芯片的GbE通信数据交换功能，通过背板连接器将LVDS总线连接到各个业务板卡，实现各业务板卡间的LVDS通信数据交换功能，通过高速Transceiver通道将数据落盘到存储板上。
将本交换板插入VPX系统中，通过交换板将系统中的处理板、系统板等其余板卡连接在一起，实现各板卡间的GbE交换、SRIO交换 、LVDS交换功能，并可以通过FPGA的高速Transceiver通道将数据落盘。
Claims (1)
1.一种基于VPX架构的交换板电路的实现方法，其特征在于：所述交换板电路包括负责完成交换板上各芯片的初始化配置及监控的管理控制模块、负责各板卡间的以太网通信数据交换的GbE交换模块、负责各板卡间的SRIO通信数据交换的SRIO交换模块和负责完成各板卡间的LVDS通信数据交换的LVDS交换模块，其中GbE交换模块通过GE总线与连接器连接，LVDS交换模块通过LVDS总线与连接器连接，SRIO交换模块通过SRIO总线与连接器连接，管理控制模块通过CTR总线分别与GbE交换模块、SRIO交换模块、LVDS交换模块连接；
所述的管理控制模块采用STM32单片机，GbE交换模块采用BCM53346以太网交换芯片，SRIO交换模块采用CPS1848交换芯片，LVDS交换模块采用FPGA-V6芯片，其中STM32单片机分别通过I2C总线、RESET线与CPS1848交换芯片连接；STM32单片机分别通过QSPI总线、RESET线与BCM53346以太网交换芯片连接；STM32单片机分别通过select Map总线、SPI总线、RESET线与FPGA-V6芯片连接；STM32单片机通过UART转USB芯片将UART总线转换为USB总线并连接USB接口；
所述的BCM53346以太网交换芯片通过GE总线连接变压器MAG，经过变压隔离后再通过GE总线连接连接器；BCM53346以太网交换芯片通过GE总线连接变压器MAG，经过变压隔离后再通过GE总线连接RJ45网口；BCM53346以太网交换芯片通过GE总线连接FPGA-V6芯片；BCM53346以太网交换芯片通过FE总线连接STM32单片机；BCM53346以太网交换芯片通过QSPI总线分别连接STM32单片机、QSPI FLASH芯片；BCM53346以太网交换芯片挂接DDR3存储器；
所述的CPS1848交换芯片通过SRIO总线连接连接器；CPS1848交换芯片通过I2C总线连接STM32单片机；通过SRIO总线连接FPGA-V6芯片；
所述的FPGA-V6芯片分别通过LVDS总线、高速Serdes Transceiver总线连接连接器；FPGA-V6芯片通过RGMII总线连接PHY芯片，PHY芯片再通过GE总线连接BCM53346以太网交换芯片；FPGA-V6芯片通过SRIO总线连接CPS1848交换芯片；FPGA-V6芯片挂接DDR3存储器；FPGA-V6芯片分别通过SPI总线、selectMap总线连接STM32单片机；
所述实现方法为：将交换板电路划分为四个功能模块：管理控制模块、GbE交换模块，SRIO交换模块和LVDS交换模块；四个功能模块实现的方法步骤如下：（一）、所述的管理控制模块的STM32单片机通过selectMap方式上电自动加载FPGA程序，通过SPI总线完成与FPGA间的数据通信；STM32单片机通过QSPI总线将BCM53346以太网交换芯片的初始化程序下载到其外挂的QSPI FLASH芯片中，保证BCM53346以太网交换芯片上电后初始化启动成功；STM32单片机通过I2C总线完成CPS1848交换芯片的初始化配置及监控；STM32单片机通过UART转USB芯片将UART总线转化为USB总线并连接对外的USB接口实现在线调试及状态监测；
（二）、所述的GbE交换模块的BCM53346以太网交换芯片电路上电后，由STM32单片机通过QSPI总线将BCM53346以太网交换芯片的启动程序加载到QSPI FLASH芯片中，从QSPIFLASH芯片中加载启动程序，完成初始化配置；BCM53346以太网交换芯片通过GE总线将背板连接器、FPGA-V6芯片与前面板的RJ45网口连接起来，实现VPX系统中各业务板卡间的GbE通信数据交换，及业务板卡、FPGA-V6芯片、前面板的RJ45网口间的GbE通信数据交换；
（三）、所述的SRIO交换模块的CPS1848交换芯片电路上电后，由STM32单片机通过I2C总线初始化配置CPS1848交换芯片，CPS1848交换芯片通过SRIO总线与FPGA-V6芯片及背板连接器互连，实现VPX系统中各业务板卡间SRIO通信数据交换，及业务板卡、FPGA-V6芯片间SRIO通信数据交换；
（四）、所述的LVDS交换模块的FPGA-V6芯片电路上电后，由STM32单片机通过selectMap总线加载FPGA程序，FPGA-V6芯片通过SPI总线完成与STM32单片机的数据交互，通过SRIO总线与CPS1848交换芯片完成SRIO通信数据交换，通过RGMII总线接口及PHY芯片完成与BCM53346以太网交换芯片的GbE通信数据交换，通过背板连接器将LVDS总线连接到各个板卡，实现各业务板卡间的LVDS通信数据交换，通过高速Transceiver通道将数据落盘到存储板上。
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