CN202522957U - 基于mil-std-1553b总线的cpci架构的接口板卡 - Google Patents

Abstract

基于MIL-STD-1553B总线的CPCI架构的接口板卡，是基于MIL-STD-1553B协议标准总线接口模块，即飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线接口模块，包括DSP及其外围电路、编解码电路、总线驱动电路，该接口板卡设计成插卡式信号处理板，具备33MHz的PCI性能，支持32位的数据传输，该接口板卡通过基于CPCI总线接口来实现MIL-STD-1553B通信功能。广泛的用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统，并逐步扩展到飞行控制等系统及坦克、舰船、航天等领域。本实用新型通过总线驱动电路，实现CPI架构，接口板卡可以方便地与机载计算机相互连接，节省了空间，抗干扰能力强。

Description

基于MIL-STD-1553B总线的CPCI架构的接口板卡

所属技术领域

本实用新型涉及一种紧凑型接口(CPCI)架构的计算机板卡，尤其涉及是基于MIL-STD-1553B协议标准总线CPCI架构的接口板卡。 

背景技术

1553B总线是MIL_STD_1553B的简称，其全称是飞机内部时分制指令响应式多路传输数据总线。这种数据总线为各种系统之间数据和信息的交换提供媒介。由于其传输速率高、设备之间连接简单灵活、噪声容限高、通信效率高而且可靠，广泛的用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统，将其作为机载设备相互通信的总线标准。作为总线标准的1553B在许多场合都有重要作用，例如信息在总线终端之间通过数字通信通道传输、所有总线终端的和用于总线终端之间连接的电气接口是标准定义的接口、信息要求以一种可靠地、确定的、命令/回应的方式传输等。因此在航空、航天领域中有广泛的应用。 

目前，1553B已经发展成为优越的，国际公认的数据总线标准，被应用在许多军事平台上并逐步进入非军事上一些空白的应用领域，平台不仅局限于采用在空军、海军、陆军航行器上，还被利用在坦克、轮船、导弹、人造卫星、国际空间站等。随着我国武器系统计算机应用水平的不断提高，武器系统各部件之间的通信技术被广泛应用，进而对通信的可靠性及抗干扰能力提出了很高的要求。 

CPCI总线具有高开放性、高可靠性、可热插拔性，适合于实时系统控制、实时数据采集、军事系统等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。并且CPCI是基于PCI电气规范开发的高性能工业总线，CPCI总线系统所使用的操作系统、驱动和应用程序和桌面的PCI总线系统兼容，因此构建CPCI总线平台的发控计算机，满足各性能需求，并具有更坚固、更可靠、模块化、易使用、易维护等诸多优点。 

本实用新型采用紧凑型接口(CPCI)架构，可以方便与机载计算机相互连接，节省了空间，抗干扰能力强，满足了小型化的要求，具有热插拔和冗余设计能力，满足电信、数字通信、军事装备等各领域的要求。具有重要的现实意义和应用潜力。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种CPCI板卡，该CPCI板卡能实现MIL-STD-1553B通信功能，以达到以紧凑型外设组件互连的形式按照MIL-STD-1553B协议标准与武器各子系统的软、硬件实现总线连接，通过信息和资源的共享，按照武器的作战目标，在应用层上真正实现功能的综合。 

进一步实现建立基于ARINC429/629、CAN、ARINC664/AFDX、MIC、1394、FC光纤等协议标准总线的研制开发平台，为航空、航天及相关军事和民用领域提供高带宽通讯、高速数据、高速数据存储、高图像分辨率解决方案，广泛应用于航空、航天、舰船、导弹、装甲车、坦克等总线系统及民用领域的电子设备系统。 

本实用新型要解决的主要问题是：该接口板卡设计成插卡式信号处理板，具备33MHz的PCI性能，支持32位的数据传输，该接口板卡通过基于CPCI总线接口来实现MIL-STD-1553B通信功能。该接口板卡是3U板卡尺寸，每个CPCI接口由一个或多个CPCI总线段组成，每个总线段又由8个CPCI插槽组成，板中心间距20.32mm。 

本实用新型解决方案为： 

CPCI总线是将PCI总线和欧规卡的机械结构相结合发展而成的，与PCI总线的电气规范相兼容，并与欧规卡、高性能连接器的机械结构相结合，具有抗震性能好、高可用性等优点，非常适合于工业现场应用。 

本实用新型提出一种基于CPCI总线的1553B通信功能模块的硬件设计实现方法，其中控制逻辑在FPGA中编程实现。硬件系统设计采用的CPCI协议接口芯片PCI9030，1553B协议接口芯片BU61580接口信号及控制寄存器，FPGA芯片XC3S400。具体设计如下： 

本实用新型设计采用插卡式信号处理板，信号处理板通过PCI总线与主机相连，板卡的机械尺寸是标准的，可以设计成3U标准尺寸，设计成通用信号处理板，根据不同的用户要求只需要做少量的修改，实现用户应用程序和信号处理机之间的相互通信，通过CPCI总线将电子信号处理算法加载到通用信号处理机上，同时监控信号处理过程，并将DSP处理结果通过CPCI总线传给主机。 

本实用新型设计CPCI接口的主要特征如下：具备33MHz的PCI性能，支持32位的数据传输，在33MH z下每个总线段支持8个CPCI插槽，IEEE欧规卡包装，总线由系统进行管理。CPCI板的封装结构基于IEC 60297-3、IEC 60297-4以及IEEE 1101.10定义的欧式板卡外形，共定义了3U(100mm×160mm)板卡尺寸，每个CPCI接口由一个或多个CPCI总线段组成，每个总线段又由8个CPCI插槽组成，板中心间距20.32mm(0.8inch)，每个CPCI总线段包括一个系统槽和最多7个外围设备槽。 

系统槽为总线段上的所有适配器提供仲裁、时钟分配以及复位功能。系统槽通过管理每个局部适配器上的IDSEL板选信号完成系统初始化。实际上，系统槽可以被固定在背板上的任意位置，外围槽可安装简单适配器也可以安装智能化从设备或PCI总线主适配卡。本实用新型设计采用系统槽位于总线段左边或右边、板间距为20.32mm(0.8inch)的线性排列结构。别的拓扑结构必须通过模拟或其他方法验证能够兼容PCI规范后才能使用，CPCI基于物理槽和逻辑槽的概念定义插槽编号，物理槽必须从机箱最左端开始编号，编号从1开始。CPCI系统必须在相互兼容的前提下标识每个物理槽。由于具有热插拔和冗余设计能力，可以构建高可用性系统，满足电信、数字通信、军事装备等各领域的要求。 

本实用新型CPCI总线接口设计立足于CPCI规范，采用基于桥片的设计方法：桥片+本地功能外设。桥片专门处理总线接口，将PCI复杂的总线时序翻译成相对简单的本地总线时序，本地功能电路利用桥片的本地总线实现外设板与CPCI总线上其他板卡的通信。接插件J1、J2上的信号实现PCI总线，J3、J4、J5的信号完全向用户开放，可以自行定义，当设计32位总线板卡时，J2的信号也全向用户开放。CPCI总线接口电路分为主设备和从设备。主设备可以控制总线，驱动地址、数据和控制信号：从设备不能启动总线操作，只能依赖于主控设备从其中读取数据或向其传送数据。 

本实用新型以桥片为设计基础。PLX桥片的信号分为三部分：PCI总线信号、E2PROM接口信号和本地总线信号。PCI总线信号直接与J1、J2上的总线信号互连，不需要做任何特殊处理。 E2PROM接口符合SPI接口规范。本地总线信号用于与本地功能设备(例如存储器、IO控制器)的接口，时序简单，易于操作实现。 

PLX的桥片需要E2PROM存储桥片的初始化配置参数。配置信息主要包括： 

(1)PCI配置寄存器的配置，配置内容包括：生产商ID号、器件ID号、类码子系统1D号和子系统生产商ID号。 

(2)本地配置寄存器的配置，配置内容主要是本地地址空间的属性和本地地址总线的属性。根据桥片的型号不同，与之相适应的E2PROM也不同。E2PROM的选择原则参考芯片推荐资料。 

本实用新型基于CPCI的1553B通信功能卡的设计是选取通用的CPCI总线及1553B总线协议接口通信控制器芯片，通过编程FPGA内部的逻辑控制电路，实现主机通过CPCI总线对1553B总线的控制和访问，主机可根据需求修改BU61580内部寄存器内容将其设置成BC/RT/MT的任何一种工作模式，并按照BC/RT/MT方式下BU61580内部存储器的不同组织结构定义对其进行存储访问。CPCI接口采用通用的PCI9030实现CPCI总线的接口连接。1553B总线协议采用的BU-61580接口协议芯片构成1553B总线系统。 

本实用新型的有益效果是：通过基于CPCI总线接口来实现MIL-STD-1553B通信功能的接口板卡，具有可热插拔、高开放性、高可靠性。并且改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、增加了负载能力。具有更坚固、更可靠、模块化、易使用、易维护等诸多优点。适合于实时系统控制、实时数据采集、军事系统特别是航空航天等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1是本实用新型的外形板构架尺寸图。 

图2是本实用新型3U CPCI背板图。 

图3是本实用新型的PLX桥片的信号框图。 

图4是本实用新型1553B总线的CPCI架构的接口板卡系统原理框图。 

具体实施方式

在图1中，所示为CPCI板卡外形尺寸图。结合性能指标是对主要组成器件进行选择，撘建总线接口处理电路+本地功能电路的整体架构。整个系统的研究开发基于CPCI总线，模块PCI桥实现PC机与系统的数据交互；FPGA负责1553B总线协议的实现；SDRAM模块实现数据的存储；收发器负责电平和阻抗的匹配转换。CPCI板的封装结构基于IEC 60297-3、IEC 60297-4以及IEEE 1101.10定义的欧式板卡外形。定义了3U(100mm×160mm)。 

在图2中，所示为CPCI背板图。一个CPCI系统由一个或多个CPCI总线段组成。每个总线段又由8个CPCI插槽组成(33MHZ情况)，板中心间距20.32mm(0.8inch)。每个CPCI总线段包括一个系统槽和最多7个外围设备槽。系统槽为总线段上的所有适配器提供仲裁、时钟分配以及复位功能。系统槽通过管理每个局部适配器上的IDSEL板选信号完成系统初始化。实际上，系统槽可以被固定在背板上的任意位置。为了简单起见，本技术规范假定每个CPCI总线段上的系统槽都定位于总线段的最左端，当我们从背板的前方看过去时。外围槽可安装简单适配器也可以安装智能化从设备或PCI总线主适配卡。图2给出了前端看过去的一个典型的3UCPCI总线段。除了图2给出的线性排列以外CPCI规范还允许其他形式的拓扑结构。 然而，此规范和所有的背板模拟都采用系统槽位于总线段左边或右边、板间距为20.32mm(0.8inch)的线性排列结构。别的拓扑结构必须通过模拟或其他方法验证能够兼容PCI规范后才能使用。CPCI基于物理槽和逻辑槽的概念定义插槽编号。物理槽必须从机箱最左端开始编号，编号从1开始。。CPCI系统必须在相互兼容的前提下标识每个物理槽。图2给出了兼容背景下编号物理槽的示例。逻辑槽号的定义是通过IDSEL板选信号和关联地址来选择的。使用逻辑号来定义总线段上连接器的物理特征。图2中，逻辑号位于连接器的下方。逻辑槽号和物理槽号并不是总保持一致。 

通过功能标识我们可以很直观地分辨出背板连接器和适配器的功能。功能标识为： 

·三角号表示系统槽 

·圆形表示外设槽 

在图3为PLX桥片的信号框图，桥片的信号如图3所示分为三部分：PCI总线信号、E2PROM接口信号和本地总线信号。PCI总线信号直接与J1、J2上的总线信号互连，不需要做任何特殊处理。E2PROM接口符合SPI接口规范。本地总线信号用于与本地功能设备(例如存储器、IO控制器)的接口，时序简单，易于操作实现。PLX的桥片需要E2PROM存储桥片的初始化配置参数。配置信息主要包括：(1)PCI配置寄存器的配置，配置内容包括：生产商ID号、器件ID号、类码子系统1D号和子系统生产商ID号。(2)本地配置寄存器的配置，配置内容主要是本地地址空间的属性和本地地址总线的属性。根据桥片的型号不同，与之相适应的E2PROM也不同。 

在图4所示为1553B总线的CPCI架构的接口板卡系统原理框图，提出一种基于CPCI总线的1553B通信功能模块的硬件设计实现方法，其中控制逻辑在FPGA中编程实现。硬件系统设计实现方法采用的CPCI协议接口芯片PCI9030，1553B协议接口芯片BU61580等芯片的接口信号及控制寄存器。给出PCI9030，XC3S400和BU 61580接口芯片实现接口的硬件原理图。PCI9030作为主机的从目标设备，同时对于局部总线而言是主设备。局部总线为PCI总线和非PCI设备(如存储器设备和外设等)之间提供一条数据通路。并且PCI9030作为局部总线的主设备，可以智能的完成局部总线和内部寄存器、内部FIFO之间的数据传输。PCI9030提供的5个地址空间可通过设置与其相关的配置寄存器来确定局部总线的特征。在上电复位后，PCI的复位信号将PCI9030的内部寄存器复位，PCI总线和局部总线也处于复位或高阻状态，PCI9030检测串行E2PROM，并将其内容加载到PCI9030中。PCI9030的内部寄存器主要包括PCI配置寄存器、局部配置寄存器、电源管理寄存器、热插拔寄存器、VPD寄存器。串行E2PROM选用4kb大小的93CS66进行配置。 

Claims (2)

1.一种基于MIL-STD-1553B总线的CPCI架构的接口板卡，其特征是：该接口板卡设计成插卡式信号处理板，具备33MHz的PCI性能，支持32位的数据传输，该接口板卡通过基于CPCI总线接口来实现MIL-STD-1553B通信功能。

2.根据权利要求1所述的基于MIL-STD-1553B总线的CPCI架构的接口板卡，其特征是：该接口板卡是3U板卡尺寸，每个CPCI接口由一个或多个CPCI总线段组成，每个总线段又由8个CPCI插槽组成，板中心间距20.32mm。 

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