CN110673989B - 一种背板系统的子板卡识别装置与方法 - Google Patents

一种背板系统的子板卡识别装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种背板系统的子板卡识别装置与方法。现有背板系统的功能子板组合越多，人工配置出错的概率也就越大，不利于操作简化和智能化水平提高。本发明的子板卡识别装置，包括设置在背板上的FPGA模块、多块子板和设置在背板上的多个卡槽，所述的子板插设在对应的卡槽上，所述的背板上设有与子板对应的卡槽地址模块，各个卡槽地址模块通过地址总线与FPGA模块连接，卡槽地址模块通过使能信号线与地址对应的子板上的子板类型模块连接，子板类型模块通过类型总线与FPGA模块连接。本发明可以实现FPGA模块自动识别背板上所有卡槽上子板的类型，有利于灵活配置子板数量和类型，不用人工配置FPGA程序，降低操作出错率。

Description

一种背板系统的子板卡识别装置与方法
技术领域
本发明涉及变电站二次设备数字化检修与测试领域，具体地说是一种背板系统的子板卡识别装置与识别方法。
背景技术
在电力通讯和电力测试领域，装置经常采用背板系统加上功能子板卡的设计方式。这种方式中，功能子板卡的电气接口物理尺寸和接口参数均一致。因此，可以根据不同的现场需求，灵活地增减或更改功能子板卡，实现模组化的配置。
在变电站二次设备数字化检修与测试装置中也经常使用此设计。由于装置的功能子板卡常为开入子板(DI)、开出子板(DO)、光串口子板(FT3)、电流采集子板(AI)、电压采集子板(UI)等11种子卡，这些子板电气接口均直接到背板FPGA芯片。FPGA芯片通过系统总线方式统一操作多个卡槽内的功能子板卡，这样可以减少FPGA的引脚资源，提高系统的易用性。但是根据现场需求更改功能子板卡时，需人工通过PC上位机配置程序告知FPGA芯片，FPGA芯片调整内部功能模块与更改的功能子板卡适配。功能子板组合越多，人工配置出错的概率也就越大，不利于操作简化和智能化水平提高。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种背板系统的子板卡识别装置与识别方法，以避免人工配置FPGA程序，降低操作出错率。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种背板系统的子板卡识别装置，包括设置在背板上的FPGA模块、多块子板和设置在背板上的多个卡槽，所述的子板插设在对应的卡槽上，所述的背板上设有与子板对应的卡槽地址模块，各个卡槽地址模块通过地址总线与FPGA模块连接，卡槽地址模块通过使能信号线与其对应的子板上的子板类型模块连接，子板类型模块通过类型总线与FPGA模块连接。
本发明还采用以下技术方案：一种背板系统的子板卡识别方法，其包括以下步骤：
步骤1、FPGA模块发出卡槽地址扫描信号，通过地址总线发送到各个卡槽地址模块；
步骤2、卡槽地址模块内部配置卡槽地址，不同的卡槽地址模块内配置不同的卡槽地址，卡槽地址模块将卡槽地址扫描信号与其内部配置的卡槽地址进行比较：
如果一致，则使能信号为低电平，卡槽地址模块将使能信号通过对应的使能信号线发送到对应的子板上的子板类型模块；
如果不一致，则使能信号为高电平，卡槽地址模块将使能信号通过对应的使能信号线发送到对应的子板上的子板类型模块；
步骤3、若子板类型模块收到使能信号为低电平，则将配置在子板类型模块内的子板类型信号通过类型总线发送到FPGA模块；
若子板类型模块收到使能信号为高电平，则不发送子板类型信号；
步骤4、FPGA模块储存卡槽地址扫描信号以及对应的子板类型信号。
作为上述子板卡识别方法的进一步补充，所述的卡槽地址模块包括四个异或门、三个或门、以及四组上拉电阻和下拉电阻，所述的上拉电阻为地址上拉电阻，所述的下拉电阻为地址下拉电阻；
每组上拉电阻和下拉电阻对应一个异或门，异或门的其中一个输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接或者通过对应组的下拉电阻与电气地连接，异或门的另一个输入端与地址总线中对应的引线(即异或门的输入信号为卡槽地址扫描信号对应的一个位信号)连接，其中两个异或门的输出端分别与第一个或门的两个输入端连接，另外两个异或门的输出端分别与第二个或门的两个输入端连接，第一个或门的输出端和第二个或门的输出端分别与第三个或门的两个输入端连接；
当异或门的其中一个输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接时，异或门的该输入端输入的使能信号为高电平，当异或门的其中一个输入端通过对应组的下拉电阻与电气地连接，异或门的该输入端输入的使能信号为低电平。
因此，四组上拉电阻和下拉电阻的设置可以表征卡槽地址，可以通过设置上拉电阻和下拉电阻，设置卡槽地址，若卡槽地址与卡槽地址扫描信号一致，则第三个或门输出的使能信号为低电平；若卡槽地址与卡槽地址扫描信号不一致，则第三个或门输出的使能信号为高电平。
作为上述子板卡识别方法的进一步补充，所述的子板类型模块包括四组上拉电阻、下拉电阻(所述的上拉电阻为子板类型上拉电阻，下拉电阻为子板类型下拉电阻)和4个三态门，每个三态门与一组上拉电阻和下拉电阻对应，每个三态门的输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接或者通过对应组的下拉电阻与电气地连接；三态门的输出端与类型总线中的对应引线连接(即三态门的输出端的输出信号作为类型总线中的对应的位信号)，四个三态门的使能端均与使能信号连接，使能信号为低电平时，三态门的输入端和输出端连通；使能信号为高电平，三态门的输出端输出高阻。
有效表征三态门的输入端通过接地电阻连接电气地，有效表征三态门的输出端通过有效表征上拉电阻与电源连接，有效表征三态门的输出端通过类型总线中的有效信号TYPE_BACK与FPGA模块连接。
使能信号为低电平时，有效表征三态门的输入端和输出端连通，有效表征三态门的输出端为低电平，类型总线中的有效信号TYPE_BACK为低电平。使能信号为高电平时，有效表征三态门输出端呈高阻，类型总线中的有效信号TYPE_BACK为高电平。
通过选择上拉电阻或下拉电阻与对应的三态门的输入端连接，可以表征子板类型信号，四个三态门的输出端作为子板类型信号，当使能信号为低电平时，即通过类型总线将子板类型信号发送到FPGA模块。当使能信号为高电平时，即不发送子板类型信号。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明可以实现FPGA模块自动识别背板上所有卡槽上子板的类型，有利于灵活配置子板数量和类型，不用人工配置FPGA程序，降低操作出错率。
附图说明
图1为本发明子板识别装置的整体框图；
图2为本发明的卡槽地址模块的结构示意图；
图3为本发明的子板类型模块的结构示意图。
图中：1-背板；2-FPGA模块；3-子板；4-卡槽地址模块；5-子板类型模块；6-地址总线；7-类型总线；8-使能信号线。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种背板系统的子板卡识别装置，包括设置在背板1上的FPGA模块2、多块子板3和设置在背板1上的多个卡槽，子板3插设在对应的卡槽上，背板1上设有与子板3对应的卡槽地址模块4，各个卡槽地址模块4通过地址总线6与FPGA模块2连接，卡槽地址模块4通过使能信号线8与其对应的子板3上的子板类型模块5连接，子板类型模块5通过类型总线7与FPGA模块2连接。
实施例2
本实施施提供一种背板系统的子板卡识别方法，其包括以下步骤：
步骤1、FPGA模块2将卡槽地址扫描信号通过地址总线6发送到各个卡槽地址模块4；
在本实施例中，地址总线为FPGA_A[3-0]，FPGA_A[3-0]为4bit总线，类型总线为TYPE[3-0]及有效信号TYPE_BACK，其中TYPE[3-0]为4bit总线。
步骤2、卡槽地址模块4内部配置卡槽地址，不同的卡槽地址模块4内配置不同的卡槽地址，卡槽地址模块4将卡槽地址扫描信号与其内部配置的卡槽地址进行比较：
如果一致，使能信号为低电平，卡槽地址模块4将使能信号通过对应的使能信号线发送到对应的子板3上的子板类型模块5；
如果不一致，使能信号为高电平，卡槽地址模块4将使能信号通过对应的使能信号线发送到对应的子板3上的子板类型模块5。
在本实施例中，如图2所示，卡槽地址模块4包括四个异或门、三个或门、以及四组上拉电阻和下拉电阻(卡槽地址模块4中的上拉电阻为地址上拉电阻，卡槽地址模块4中的下拉电阻为地址下拉电阻)。
每组上拉电阻和下拉电阻对应一个异或门，异或门的其中一个输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接或者通过对应组的下拉电阻与电气地连接，异或门的另一个输入端与地址总线中对应的引线(即异或门的输入信号为卡槽地址扫描信号对应的一个位信号，如：FPGA_A2)连接，其中两个异或门的输出端分别与第一个或门的两个输入端连接，另外两个异或门的输出端分别与第二个或门的两个输入端连接，第一个或门的输出端和第二个或门的输出端分别与第三个或门的两个输入端连接。
当异或门的其中一个输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接时，异或门的该输入端输入的为高电平，当异或门的其中一个输入端通过对应组的下拉电阻与电气地连接，异或门的该输入端输入的为低电平。
因此，四组上拉电阻和下拉电阻的设置可以表征卡槽地址，可以通过设置上拉电阻和下拉电阻，设置卡槽地址，若卡槽地址与卡槽地址扫描信号一致，则第三个或门输出的使能信号为低电平；若卡槽地址与卡槽地址扫描信号不一致，则第三个或门输出的使能信号为高电平。
步骤3、若子板类型模块5收到使能信号为低电平，则将配置在子板类型模块5内的子板类型信号通过和类型总线发送到FPGA模块2；
若子板类型模块5收到使能信号为高电平，则不发送子板类型信号；
如图3所示，子板类型模块5包括四组上拉电阻和下拉电阻(子板类型模块5中的上拉电阻为子板类型上拉电阻，子板类型模块5中的下拉电阻为子板类型下拉电阻，与卡槽地址模块4中不同)，还包括4个三态门，每个三态门与一组上拉电阻和下拉电阻对应，每个三态门的输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接或者通过对应组的下拉电阻与电气地连接。三态门的输出端与类型总线中的对应引线连接(即三态门的输出端的输出信号作为类型总线中的对应的位信号)，四个三态门的使能端均与使能信号连接，使能信号为低电平时，三态门的输入端和输出端连通，使能信号为高电平，三态门的输出端输出高阻。
有效表征三态门的输入端通过接地电阻连接电气地，有效表征三态门的输出端通过有效表征上拉电阻与电源连接，有效表征三态门的输出端通过类型总线中的有效信号TYPE_BACK与FPGA模块连接。
使能信号为低电平时，有效表征三态门的输入端和输出端连通，有效表征三态门的输出端为低电平，类型总线中的有效信号TYPE_BACK为低电平。使能信号为高电平时，有效表征三态门输出端呈高阻，类型总线中的有效信号TYPE_BACK为高电平。
通过选择上拉电阻或下拉电阻与对应的三态门的输入端连接，可以表征子板类型信号，四个三态门的输出端作为子板类型信号，当使能信号为低电平时，即通过类型总线将子板类型信号发送到FPGA模块。当使能信号为高电平时，即不发送子板类型信号。
步骤4、FPGA模块2储存卡槽地址扫描信号以及对应的子板类型信号。
表1本实施例卡槽地址模块与卡槽地址的对应表
Figure BDA0002181285090000051
Figure BDA0002181285090000061
表1中，L表示异或门的输入端通过下拉电阻接电气地，H表示异或门的输入端通过上拉电阻接电源。
表2本实施例子板类型与子板类型信号的对应关系
第3组 第2组 第1组 第0组 十进制 子板类型
L L L L 0 预留
L L L H 1 开入子板(DI)
L L H L 2 开出子板(DO)
L L H H 3 光串口子板(FT3)
L H L L 4 电流采集子板(AI)
L H L H 5 电压采集子板(UI)
L H H L 6 百兆光口子板(F-FE)
L H H H 7 千兆光口子板(F-GE)
H L L L 8 百兆电口子板(C-FE)
H L L H 9 千兆电口子板(C-GE)
H L H L 10 B码子板(IRIG-B)
H L H H 11 GPS子板(GPS)
H H L L 12 预留
H H L H 13 预留
H H H L 14 预留
H H H H 15 预留
表2中，L表示三态门的输入端通过下拉电阻接电气地，H表示三态门的输入端通过上拉电阻接电源。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种背板系统的子板卡识别方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1、FPGA模块（2）发出卡槽地址扫描信号，通过地址总线（6）发送到各个卡槽地址模块（4）；
步骤2、卡槽地址模块（4）内部配置卡槽地址，不同的卡槽地址模块（4）内配置不同的卡槽地址，卡槽地址模块（4）将卡槽地址扫描信号与其内部配置的卡槽地址进行比较：
如果一致，则使能信号为低电平，卡槽地址模块（4）将使能信号通过对应的使能信号线（8）发送到对应的子板（3）上的子板类型模块（5）；
如果不一致，则使能信号为高电平，卡槽地址模块（4）将使能信号通过对应的使能信号线（8）发送到对应的子板（3）上的子板类型模块（5）；
步骤3、若子板类型模块（5）收到使能信号为低电平，则将配置在子板类型模块（5）内的子板类型信号通过类型总线（7）发送到FPGA模块（2）；
若子板类型模块（5）收到使能信号为高电平，则不发送子板类型信号；
步骤4、FPGA模块（2）储存卡槽地址扫描信号以及对应的子板类型信号。
2.根据权利要求1所述的一种背板系统的子板卡识别方法，其特征在于，所述的卡槽地址模块包括四个异或门、三个或门、以及四组上拉电阻和下拉电阻，所述的上拉电阻为地址上拉电阻，所述的下拉电阻为地址下拉电阻；
每组上拉电阻和下拉电阻对应一个异或门，异或门的其中一个输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接或者通过对应组的下拉电阻与电气地连接，异或门的另一个输入端与地址总线中对应的引线连接，即异或门的输入信号为卡槽地址扫描信号对应的一个位信号，其中两个异或门的输出端分别与第一个或门的两个输入端连接，另外两个异或门的输出端分别与第二个或门的两个输入端连接，第一个或门的输出端和第二个或门的输出端分别与第三个或门的两个输入端连接；
当异或门的其中一个输入端通过对应组的上拉电阻与电源连接时，异或门的该输入端输入的为高电平，当异或门的其中一个输入端通过对应组的下拉电阻与电气地连接，异或门的该输入端输入的为低电平。
3.根据权利要求2所述的一种背板系统的子板卡识别方法，其特征在于，通过设置上拉电阻和下拉电阻设置卡槽地址，若卡槽地址与卡槽地址扫描信号一致，则第三个或门输出的使能信号为低电平；若卡槽地址与卡槽地址扫描信号不一致，则第三个或门输出的使能信号为高电平。
4.根据权利要求1所述的一种背板系统的子板卡识别方法，其特征在于，所述的子板类型模块包括四组子板类型上拉电阻、子板类型下拉电阻和4个三态门，每个三态门与一组子板类型上拉电阻和子板类型下拉电阻对应，每个三态门的输入端通过对应组的子板类型上拉电阻与电源连接或者通过对应组的子板类型下拉电阻与电气地连接；
三态门的输出端与类型总线中的对应引线连接，四个三态门的使能端均与使能信号连接，使能信号为低电平时，三态门的输入端和输出端连通；使能信号为高电平，三态门的输出端输出高阻。
5.根据权利要求4所述的一种背板系统的子板卡识别方法，其特征在于，有效表征三态门的输入端通过接地电阻连接电气地，有效表征三态门的输出端通过有效表征子板类型上拉电阻与电源连接，有效表征三态门的输出端通过类型总线与FPGA模块连接。
6.根据权利要求5所述的一种背板系统的子板卡识别方法，其特征在于，使能信号为低电平时，有效表征三态门的输入端和输出端连通，有效表征三态门的输出端为低电平，类型总线为低电平；使能信号为高电平时，有效表征三态门输出端呈高阻，类型总线为高电平。
7.根据权利要求6所述的一种背板系统的子板卡识别方法，其特征在于，通过选择子板类型上拉电阻或子板类型下拉电阻与对应的三态门的输入端连接，表征子板类型信号，四个三态门的输出端作为子板类型信号，当使能信号为低电平时，即通过类型总线将子板类型信号发送到FPGA模块；当使能信号为高电平时，即不发送子板类型信号。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述子板卡识别方法中的背板系统的子板卡识别装置，包括设置在背板（1）上的FPGA模块（2），其特征在于，还包括多块子板（3）和设置在背板（1）上的多个卡槽，所述的子板（3）插设在对应的卡槽上，所述的背板（1）上设有与子板（3）对应的卡槽地址模块（4），各个卡槽地址模块（4）通过地址总线（6）与FPGA模块（2）连接，卡槽地址模块（4）通过使能信号线（8）与其对应的子板（3）上的子板类型模块（5）连接，子板类型模块（5）通过类型总线（7）与FPGA模块（2）连接。
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