CN206618983U - 一种基于vme总线的嵌入式工业控制板卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于VME总线的嵌入式工业控制板卡，包括基于ARM微处理器和用FPGA芯片的FPGA技术实现的嵌入式工业控制板卡、VME总线背板和多个功能单元板卡，VME总线背板通过插座与嵌入式工业控制板卡及各功能单元板卡连接，其特征在于：嵌入式工业控制板卡通过VME地址总线、数据总线和控制总线实现与各功能单元之间的数据交互。通过VME总线可实现控制板卡与各种功能单元应用板卡的高速通信，具有精度高，灵活性好，可靠性高，生产成本低，以及功能多元化等优点。

Description

一种基于VME总线的嵌入式工业控制板卡

技术领域

本实用新型涉及一种工业控制技术，特别是一种基于VME总线的嵌入式工业控制板卡。

背景技术

计算机系统和很多工业测控系统中已广泛采用并行背板总线，使系统能够支持高速数据的传输与处理，具有较高的兼容性和可扩展性，而且相应的的硬件结构简单。VME总线定义了一个在紧密耦合硬件构架中可进行互连数据处理、数据存储和连接外围控制器件的系统，广泛应用在对可靠性要求很高的强振动、大冲击或强干扰等恶劣环境下的工业控制领域和军工领域。目前基于VME总线传输机制的工业板卡，主要有两种实现途径，即购买专用VME接口控制器芯片或者自主设计来实现。而采用专用接口芯片，则芯片周边电路设计复杂，需要逻辑电路配合才能完成与常用现场工业数据采集板卡的交互，且VME接口芯片价格昂贵，不适于推广应用。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种使用方便的基于VME总线的嵌入式工业控制板卡。

本实用新型的一种基于VME总线的嵌入式工业控制板卡，包括基于ARM微处理器和用FPGA芯片的FPGA技术实现的嵌入式工业控制板卡、VME总线背板和多个功能单元板卡，VME总线背板通过插座与嵌入式工业控制板卡及各功能单元板卡连接，其特征在于：嵌入式工业控制板卡通过VME地址总线、数据总线和控制总线实现与各功能单元之间的数据交互，一般有如下两种方式：

a、嵌入式工业控制板卡通过向VME总线控制器发起数据通信请求，VME总线驱动器读写相应寄存器，选通相应功能，读取数据，从而控制嵌入式工业控制板卡访问其他功能单元。

b、某一功能单元板卡的子功能模块向VME总线控制器产生中断请求，再向控制板卡产生中断，主CPU响应中断请求，从而响应中断，读取数据。

进一步，本实用新型的基于VME总线的嵌入式工业控制板卡，其特征在于所述的FPGA芯片通过VHDL硬件描述语言编程实现VME总线主模块功能，FPGA芯片中设计并实现有地址锁存器、控制寄存器、地址寄存器、数据寄存器、定时器、数据起始结束控制器、控制信号译码器、地址传输控制器、双向数据传输控制器、地址监视器、标准传输与块传输译码器、块传输计数器、读写控制器和数据应答接收器模块。其中地址锁存器、控制寄存器、地址寄存器用来分别接收嵌入式工业控制板卡ARM处理器发出的地址信号、片选信号、读/写信号。控制信号译码器对接收到的控制信号进行译码确定数据传输模式，如若是块传输模式，则接收块传输计数器的反馈信号。同时，控制信号译码器接收数据应答接收器发送的数据应答信号，将读写控制信号发送给VME总线从模块进行数据读写控制。地址传输控制器负责将地址寄存器中的地址信息发送到地址监视器与VME总线从模块。数据寄存器将VME总线主模块接收到的从模块数据传输给ARM处理器，实现嵌入式工业控制板卡与各功能单元之间的数据交互。

进一步，本实用新型的基于VME总线的嵌入式工业控制板卡，其特征在于所述的FPGA芯片通过VHDL硬件描述语言编程实现VME总线从模块功能，FPGA芯片中还设计并实现有板级选择器、地址锁存器、地址译码器、控制信号译码器、地址选择器、块传输计数器、标准传输与块传输译码器、数据缓冲器和数据应答信号产生器模块。其中板级选择器用来接收VME总线主模块发送的板选信号，实现对应地址的功能单元板卡的选择。控制信号译码器接收来自VME总线主模块的控制信息进行译码，确定数据传输模式，如若是块传输方式，则启动块传输计数器进行计数。数据应答信号产生器产生应答信号，通知VME总线主模块，从模块已经响应。数据缓冲器用来实现VME总线各功能单元板卡的数据交互。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型的一种基于VME总线的嵌入式工业控制板卡采用ARM微处理器和FPGA芯片，通过VME总线可实现控制板卡与各种功能单元应用板卡的高速通信。该嵌入式工业控制板卡能依据不同应用场合选配如数字量、模拟量、脉冲量等不同功能单元板卡，实施多种信号的复杂处理，实现VGA/LCD显示、多路数字量输入输出、数模/模数转换、串行通信、网络通信等功能。并且能够提供良好的人机界面，能帮助用户实现对信号组态控制、监测的功能，满足工业现场的不同需求。具有精度高，灵活性好，可靠性高，生产成本低，以及功能多元化等优点。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型硬件原理结构框图。

图3为本实用新型VME主模块数据传输框图。

图4为本实用新型VME从模块数据传输框图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

参见附图1，实施例中VME总线背板2通过96芯欧式插座与嵌入式工业控制板卡1及各功能单元板卡3连接，各功能单元板卡3之间可以通过硬件设置地址互换位置，实现各功能单元板卡3之间的高速通信。

具有上电自检和在线检测功能的嵌入式工业控制板卡1主要基于ARM微处理器和大规模可编程集成电路FPGA技术实现。其嵌入式工业控制板卡两路支持USB3.0通信主机端口，1路3针RS232串行调试接口，可以实现10/100/1000Mbps自适应以太网接口，并支持CF卡的存储端口，可挂载2.5寸硬盘。该实用新型可以选择独立图形显示控制芯片，支持800*600分辨率的VGA接口和LCD接口，可选择实现LCD显示功能。该嵌入式工业控制板卡使用4片数据宽度为16位的SDRAM并行运行，形成一个32位数据宽度的SDRAM模块，存放系统运行时的程序和数据。本实用新型的存储容量为32M bit，采用16位数据宽度的Flash存储器存储系统运行所需的程序和重要数据，并通过触摸屏来实现人机交互。整个装置运用FPGA芯片完成VME总线主模块驱动，总线仲裁，总线中断，地址译码和存储单元监视器等功能，而ARM微处理器实现各个功能单元数据交换、数据存储以及控制等功能。

嵌入式工业控制板卡的FPGA芯片遵循模块化的设计思想，通过VHDL硬件描述语言编程实现VME总线主模块功能。参见附图3，在FPGA芯片中共设计并实现了地址锁存器、控制寄存器、地址寄存器、数据寄存器、定时器、数据起始结束控制器、控制信号译码器、地址传输控制器、双向数据传输控制器、地址监视器、标准传输和块传输译码器、块传输计数器、读写控制器、数据应答接收器等模块。其中地址锁存器、控制寄存器、地址寄存器用来分别接收嵌入式工业控制板卡ARM处理器发出的地址信号、片选信号、读/写信号。控制信号译码器对接收到的控制信号进行译码确定数据传输模式，如若是块传输模式，则接收块传输计数器的反馈信号。同时，控制信号译码器接收数据应答接收器发送的数据应答信号，将读写控制信号发送给VME总线从模块进行数据读写控制。地址传输控制器负责将地址寄存器中的地址信息发送到地址监视器与VME总线从模块。数据寄存器将VME总线主模块接收到的从模块数据传输给ARM处理器，实现嵌入式工业控制板卡与各功能单元之间的数据交互。该嵌入式工业控制板卡通过VHDL硬件描述语言编程实现VME总线从模块功能，参见附图4，在FPGA芯片中共设计并实现了板级选择器、地址锁存器、地址译码器、控制信号译码器、地址选择器、块传输计数器、标准传输和块传输译码器、数据缓冲器、数据应答信号产生器等模块。其中板级选择器用来接收VME总线主模块发送的板选信号，实现对应地址的功能单元板卡的选择。控制信号译码器接收来自VME总线主模块的控制信息进行译码，确定数据传输模式，如若是块传输方式，则启动块传输计数器进行计数。数据应答信号产生器产生应答信号，通知VME总线主模块，从模块已经响应。数据缓冲器用来实现VME总线各功能单元板卡的数据交互。

Claims (3)

1.一种基于VME总线的嵌入式工业控制板卡，包括基于ARM微处理器和用FPGA芯片的FPGA技术实现的嵌入式工业控制板卡(1)、VME总线背板(2)和并行的多个功能单元板卡(3)，VME总线背板(2)通过插座与嵌入式工业控制板卡(1)及各功能单元板卡(3)连接，其特征在于：嵌入式工业控制板卡(1)通过VME地址总线、数据总线和控制总线实现与各功能单元之间的数据交互，其中：

a、嵌入式工业控制板卡(1)通过向VME总线控制器发起数据通信请求，VME总线驱动器读写相应寄存器，选通相应功能单元，读取数据，从而控制嵌入式工业控制板卡(1)访问与之并行的其他功能单元；

b、某一功能单元板卡(3)的子功能模块向VME总线控制器产生中断请求，再向控制板卡产生中断，主CPU响应中断请求，从而响应中断，读取该子功能模块的数据。

2.根据权利要求1所述的基于VME总线的嵌入式工业控制板卡，其特征在于所述的嵌入式工业控制板卡(1)中的FPGA芯片通过VHDL硬件描述语言编程实现VME总线主模块功能，FPGA芯片中有地址锁存器、控制寄存器、地址寄存器、数据寄存器、定时器、数据起始结束控制器、控制信号译码器、地址传输控制器、双向数据传输控制器、地址监视器、标准传输与块传输译码器、块传输计数器、读写控制器和数据应答接收器模块。

3.根据权利要求2所述的基于VME总线的嵌入式工业控制板卡，其特征在于所述的嵌入式工业控制板卡(1)中的FPGA芯片通过VHDL硬件描述语言编程实现VME总线从模块功能，FPGA芯片中还实现有板级选择器、地址锁存器、地址译码器、控制信号译码器、地址选择器、块传输计数器、标准传输与块传输译码器、数据缓冲器和数据应答信号产生器模块。