CN111752194A - 一种基于usb接口的便携式gjb289a总线通讯设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其中,USB连接器与USB总线、USB收发器及电源模块连接,USB收发器、电源模块与FPGA控制器连接,FPGA控制器内设置有USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块、通讯控制处理模块、数据缓存模块、RAM片上存储器、USB接口及GJB289A总线接口,且USB接口与USB收发器、USB协议控制模块连接,GJB289A总线接口与GJB289A总线协议处理模块、GJB289A信号收发器连接,GJB289A信号收发器与GJB289A总线连接,实现GJB289A总线接口与USB通用串行总线接口通信转换,以替代传统通讯接口板,节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及计算机总线技术领域,尤其涉及一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备。
背景技术
MIL-STD-1553B(简称1553B)是由美国制定的军用数据总线标准,广泛的应用于航空、航天、船舶等军事领域,我国参考1553B制定了GJB289A标准。在相关系统开发调试、维护过程中,需要使用计算机与GJB289A总线设备进行通信但需要进行接口转换,通常接口转换采用的方式有GJB289A-PCI、GJB289A-VXI和GJB289A-ISA通讯接口板等,采用这些方式的GJB289A总线接口转换设备存在体积偏大、成本高昂、使用不方便的缺点,特别是在户外作业过程时,使用携带很不方便。而USB接口是当前各类电脑上最广泛使用的接口,具备热拔插、体积小、高速率、携带方便等特点。因此,开发一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备具备广阔的市场应用前景。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,包括USB总线、USB收发器、USB连接器、电源模块、FPGA控制器、GJB289A信号收发器、程序存储器及GJB289A总线,其中,USB连接器分别与USB总线、USB收发器及电源模块连接,USB收发器、电源模块分别与FPGA控制器连接,FPGA控制器内设置有USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块、通讯控制处理模块、数据缓存模块、RAM片上存储器、USB接口及GJB289A总线接口,且USB接口一端与USB收发器连接,USB接口另一端与USB协议控制模块连接,数据缓存模块分别与USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块及RAM片上存储器连接,通讯控制处理模块分别与USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块及数据缓存模块连接,GJB289A总线接口一端与GJB289A总线协议处理模块连接,GJB289A总线接口另一端与GJB289A信号收发器连接,GJB289A信号收发器与GJB289A总线连接,程序存储器与FPGA控制器连接。
在本发明中,所述GJB289A总线协议处理模块上设置有两个GJB289A总线接口。
在本发明中,所述GJB289A信号收发器通过变压器与GJB289A总线连接,且变压器为2个。
在本发明中,所述变压器为耦合变压器。
在本发明中,所述USB协议控制模块中USB控制器采用Cortex-A9处理器,包括两个USB2.0外设资源,最高可实现480Mb/s的传速率, USB控制器包括与控制寄存器连接的DMA引擎、缓冲区、高速协议引擎、寄存器接口及收发器接口,收发器接口与外部收发器PHY连接,寄存器接口与APB连接,DMA引擎上设置有用于与AHB连接的DMA接口,且DMA引擎与缓冲区连接,缓冲区与高速协议引擎连接,高速协议引擎与收发器接口连接;设备系统通过APH接口访问控制寄存器、配置操作模式;DAM引擎实现设备系统与USB的数据交互,数据放在缓冲区中;通过协议引擎模块解析所有USB令牌,产生响应包,收发器接口实现与外部USB收发器的物理连接。
在本发明中,所述GJB289A总线协议模块包括时钟模块、发送缓冲单元、GJB289A控制和状态寄存器、接收缓冲单元、用于进行串行数据输出的TX模块、收发控制单元及用于进行串行数据输入的RX模块,FPGA控制器PS端与GJB289A控制和状态寄存器连接,发送缓冲单元与TX模块连接,接收缓冲单元与RX模块连接,TX模块、RX模块分别与收发控制单元连接,收发控制单元与GJB289A控制和状态寄存器连接。
在本发明中,所述GJB289A总线使用曼切斯特II编码,由时钟模块提供2MHz时钟的曼切斯特码和24MHz的编码器时钟。
有益效果:本发明能够实现GJB289A总线接口与USB通用串行总线接口通信转换,可广泛用于各类基于GJB289A总线的系统开发、测试、数据监控、加载等活动中,以替代传统的通讯接口板,极大节约硬件成本,有利于便携设备实现小型化;通用性USB接口,极大地方便各类用户的不同工作需求,特别是帮助优化室外作业设备,有效降低劳动强度。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的框架示意图。
图2为本发明的较佳实施例中的USB控制器OTG接口内部结构示意图。
图3为本发明的较佳实施例中的GJB289A总线协议处理模块框架示意图。
图4为本发明的较佳实施例中的FPGA控制器驱动程序应用流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
参见图1的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,包括USB总线、USB收发器、USB连接器、电源模块、FPGA控制器、USB接口、USB协议控制模块、数据缓存模块、RAM片上存储器、GJB289A总线协议处理模块、通讯控制处理模块、GJB289A总线接口A、GJB289A总线接口B、GJB289A信号收发器、耦合变压器、程序存储器、A通道、B通道及GJB289A总线,其中,USB连接器分别与USB总线、USB收发器及电源模块连接,USB收发器、电源模块分别与FPGA控制器连接,FPGA控制器内设置有USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块、通讯控制处理模块、数据缓存模块、RAM片上存储器、用于与USB收发器连接的USB接口、用于与GJB289A信号收发器连接的GJB289A总线接口A和GJB289A总线接口B,且USB接口与USB协议控制模块连接,数据缓存模块分别与USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块及RAM片上存储器连接,通讯控制处理模块分别与USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块及数据缓存模块连接,GJB289A总线接口A和GJB289A总线接口B分别与GJB289A总线协议处理模块连接,耦合变压器一端通过GJB289A信号收发器与GJB289A总线接口A和GJB289A总线接口B连接,耦合变压器另一端通过A通道、B通道与GJB289A总线连接,程序存储器与FPGA控制器连接;
RAM片上存储器作为数据缓存以实现不同通讯协议之间的数据传输,便携设备采用USB收发器与USB总线连接,再通过GJB289A信号收发器和耦合变压器将信号连接至GJB289A总线上;
便携式设备供电直接从USB总线获取,并经电源模块转换获得所需3.3V,1.8V稳定输出,采用Zynq-7000系列FPGA为控制器,其内部集成有双核ARM Cortex-A9多核处理器;FPGA控制器片上256K大小RAM作为数据缓冲器,片外采用XCF32P作为配置程序存储器,Cortex-A9处理器含有丰富的外设模块资源,如USB 控制器OTG实现对USB总线协议控制模块的处理,静态存储器控制器SMC可用于实现对RAM片上存储器的操作;
Zynq-7000系列FPGA采用Xilinx Vivado 2017.04集成环境进行开发,GJB289A总线接口直接采用芯片PL(Programmable Logic可编程逻辑)端应用verilog语言进行开发,生成一个独立的IP核单元,以实现GJB289A总线协议处理模块,两种不同总线之间的通讯处理控制模块和数据缓存模块设计在PS(Processing System)端应用SDK开发环境进行设计;
GJB289A信号收发器与耦合变压器采用低功耗器件,如HI1575型总线收发器,PM-DB2725型耦合变压器;GJB289A总线接口设计A、B两组端口,分别为三抓、四爪模式,以适应不同工作环境电气接口需求。
在本实施例中,USB协议控制模块中USB控制器采用Cortex-A9处理器,包括两个USB2.0外设资源,最高可实现480Mb/s的传速率,USB控制器OTG接口的内部结构如图2所示,USB协议控制模块包括USB控制器,USB控制器包括与控制寄存器连接的DMA引擎、缓冲区、高速协议引擎、寄存器接口及收发器接口,收发器接口与外部收发器PHY连接,寄存器接口与APB(片上外设总线)连接,DMA引擎上设置有用于与AHB(高性能总线)连接的DMA接口,且DMA引擎与缓冲区连接,缓冲区与高速协议引擎连接,高速协议引擎与收发器接口连接;设备系统通过APH接口访问控制寄存器、配置操作模式;DAM引擎实现设备系统与USB的数据交互,数据放在缓冲区中;通过协议引擎模块解析所有USB令牌,产生响应包,收发器接口实现与外部USB收发器的物理连接。
在本实施例中,GJB289A总线协议模块采用verilog语言在PL端实现,封装成IP核直接调用,结构如图3所示,包括时钟模块、发送缓冲单元、GJB289A控制和状态寄存器、接收缓冲单元、TX模块、收发控制单元及RX模块,FPGA控制器PS端与GJB289A控制和状态寄存器连接,并通过发送缓冲单元与接收缓冲单元进行数据发送与接收,且发送缓冲单元与TX模块连接,TX模块通过A通道和B通道进行串行数据输出,RX模块通过A通道和B通道进行串行数据输入,TX模块、RX模块分别与收发控制单元连接,收发控制单元与GJB289A控制和状态寄存器连接;
GJB289A总线使用曼切斯特II编码,为实现1Mb/s的传输速率,由时钟模块提供2MHz时钟的曼切斯特码和24MHz的编码器时钟;
TX模块包括并串转换、曼切斯特II编码和发送数据,实现在收发控制单元控制下将命令字、数据字、状态字进行编码发送出去功能;
RX模块包括曼切斯特II解码、串并转换和奇偶校验等,将接受到数据和结果信息返回收发控制单元,结果放到寄存器中,数据进入接收数据缓存区;
寄存器模块用于存放中断信息、状态信息、故障信息、控制寄存器等;
收发控制单元实现对整个协议的逻辑、控制处理,包括接受状态机、发送状态机,提取寄存器模块响应不同命令,控制TX/RX模块执行不同操作;
接受缓存单元/发送缓冲单元用于存储收发过程中缓存的数据。
在本实施例中,FPGA控制器驱动开发建立GJB289A总线驱动库,在移植至相应的计算机应用程序中,应用者直接调用相应库函数即可实现对GJB289A总线的操作,GJB289A总线驱动库的库函数如下:
A)GJB289A初始化:
unsigned short API_GJB289A_INIT( unsigned int vectorword)
初始化函数中包括对与该设备对应的GJB289A总线端设备的设置,即包括对总线控制器(BC)、远程终端(RT)或者总线监控器(MT)模式的选择,RT地址设置;
B)GJB289A读操作:
unsigned short API_GJB289A_Recv(unsigned short add,unsigned short length,unsigned short *recv_data)
C)GJB289A写操作:
unsigned short API_GJB289A_Send(unsigned short add,unsigned short length,unsigned short *send_data)
USB驱动采用Windows驱动程序模型(WDM)在Drivestudio下开发驱动程序,调用WriteFile和ReadFile这两个函数即可实现对USB总线端口的读写操作;
PC端应用程序调用设备驱动实现过程如图4所示,首先,初始化USB设备及GJB289A总线端设备,设置GJB289A总线端设备的工作模式(BC,RT或者MT)、RT地址,判断该USB设备是否连接成功;为保证实时性,采用中断方式接收1553B总线端发送过来的数据,GJB289A总线端设备收到中断请求,读取中断寄存器,进入中断服务函数,调用读函数ReadFile对USB端口进行读操作,读函数ReadFile函数内封装有GJB289A总线接口的读取操作函数API_GJB289A_Recv,而后将读取的USB数据变成GJB289A格式数据输出;
若判断需进行数据发送操作,GJB289A总线端设备直接调用写函数 WriteFile对USB端口进行写操作,写函数 WriteFile内封装有GJB289A总线接口的发送操作函数API_GJB289A_Send,而后将GJB289A格式数据转换为USB格式数据发送至便携式GJB289A总线通讯设备上,经过便携式GJB289A总线通讯设备通信转换后送至GJB289A总线上,即可完成USB数据与GJB289A总线数据转换。
Claims (9)
1.一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,包括包括USB总线、USB收发器、USB连接器、电源模块、FPGA控制器、GJB289A信号收发器及GJB289A总线,其特征在于,USB连接器分别与USB总线、USB收发器及电源模块连接,USB收发器、电源模块分别与FPGA控制器连接,FPGA控制器内设置有USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块、通讯控制处理模块、数据缓存模块、RAM片上存储器、USB接口及GJB289A总线接口,且USB接口一端与USB收发器连接,USB接口另一端与USB协议控制模块连接,数据缓存模块分别与USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块及RAM片上存储器连接,通讯控制处理模块分别与USB协议控制模块、GJB289A总线协议处理模块及数据缓存模块连接,数据缓存模块与GJB289A总线接口一端与GJB289A总线协议处理模块连接,GJB289A总线接口另一端与GJB289A信号收发器连接,GJB289A信号收发器与GJB289A总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,所述FPGA控制器与程序存储器连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,所述GJB289A总线协议处理模块上设置有两个GJB289A总线接口。
4.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,所述GJB289A信号收发器通过变压器与GJB289A总线连接,且变压器为2个。
5.根据权利要求4所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,所述变压器为耦合变压器。
6.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,所述USB协议控制模块中USB控制器包括与控制寄存器连接的DMA引擎、缓冲区、高速协议引擎、寄存器接口及收发器接口,收发器接口与外部收发器PHY连接,寄存器接口与APB连接,DMA引擎上设置有用于与AHB连接的DMA接口,且DMA引擎与缓冲区连接,缓冲区与高速协议引擎连接,高速协议引擎与收发器接口连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,所述GJB289A总线协议模块包括时钟模块、发送缓冲单元、GJB289A控制和状态寄存器、接收缓冲单元、用于进行串行数据输出的TX模块、收发控制单元及用于进行串行数据输入的RX模块,FPGA控制器PS端与GJB289A控制和状态寄存器连接,发送缓冲单元与TX模块连接,接收缓冲单元与RX模块连接,TX模块、RX模块分别与收发控制单元连接,收发控制单元与GJB289A控制和状态寄存器连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,所述GJB289A总线采用曼切斯特II编码,由时钟模块提供2MHz时钟的曼切斯特码和24MHz的编码器时钟。
9.根据权利要求1~8任一项所述的一种基于USB接口的便携式GJB289A总线通讯设备,其特征在于,FPGA控制器驱动开发建立GJB289A总线驱动库,在移植至操作的计算机应用程序中,应用者直接调用相应库函数即可实现对GJB289A总线的操作,GJB289A总线驱动库的库函数如下:
A)GJB289A初始化:
unsigned short API_GJB289A_INIT
初始化函数中包括对与该设备对应的GJB289A总线端设备的设置,即选择总线控制器、远程终端或者总线监控器的模式,设置远程终端地址;
B)GJB289A读操作:
unsigned short API_GJB289A_Recv
C)GJB289A写操作:
unsigned short API_GJB289A_Send
USB驱动采用Windows驱动程序模型在Drivestudio下开发驱动程序,调用WriteFile和ReadFile这两个函数即可实现对USB总线端口的读写操作:
首先,初始化USB设备及GJB289A总线端设备,设置GJB289A总线端设备的工作模式、远程终端地址,判断该USB设备是否连接成功;为保证实时性,采用中断方式接收1553B总线端发送来的数据,GJB289A总线端设备收到中断请求后,读取中断寄存器,进入中断服务函数,调用读函数ReadFile对USB端口进行读操作,读函数ReadFile内封装有GJB289A总线接口的读取操作函数API_GJB289A_Recv,而后将读取的USB数据转换为GJB289A格式数据输出;
若判断需进行数据发送操作,GJB289A总线端设备直接调用写函数 WriteFile对USB端口进行写操作,写函数 WriteFile内封装有GJB289A总线接口的发送操作函数API_GJB289A_Send,而后将GJB289A格式数据转换为USB格式数据发送至便携式GJB289A总线通讯设备上,经过便携式GJB289A总线通讯设备通信转换后送至GJB289A总线上,即可完成USB数据与GJB289A总线数据转换。
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