一种基于CPCI总线的多功能实时交互系统

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更具体地说，是涉及一种基于CPCI总线的多功能实时交互系统。

背景技术

在仿真系统中，数据和信号在一个CPCI总线(Compact Peripheral ComponentInterconnect，紧凑型外设部件互连标准)的主控设备与多个其他设备间信息实时交互，且其他设备支持的通讯协议和电平标准不相同的需求。目前为满足该实时性需求，在一个CPCI总线机箱内插入主控设备，并依据其他设备的通讯协议和信号电平标准配置多个模件，每个模件还需要支持CPCI总线且也要插入机箱中。

由于CPCI总线机箱的槽位有限，如果CPCI总线机箱内的槽位被这些模件占用过多，会导致无法在CPCI总线机箱内插入更多的模件，无法扩展其他功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CPCI总线的多功能实时交互系统，旨在解决由于CPCI总线机箱的槽位有限，导致无法在CPCI总线机箱内插入更多的模件，无法扩展其他功能的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于CPCI总线的多功能实时交互系统，其特征在于，包括：

通讯协议/电平标准扩展模块，用于传输标准数据信号；所述标准数据信号包括：通讯信号或者标准电平信号；

非标准电平信号扩展模块，用于传输非标准电平信号；

FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)，与所述通讯协议/电平标准扩展模块和所述非标准电平信号扩展模块连接，用于传输所述标准数据信号和所述非标准电平信号；

CPCI总线接口，分别与所述FPGA和CPCI总线机箱连接，用于向所述FPGA传输应用程序中的功能设置参数；

所述FPGA根据所述功能设置参数确定所述标准数据信号，建立通讯协议/电平标准扩展模块和非标准电平信号扩展模块与CPCI总线机箱的数据交互。

作为本申请另一实施例，通讯协议/电平标准扩展模块包括：

第一接口芯片，用于传输RS422协议信号或者RS422电平信号；

第二接口芯片，用于传输LVDS协议信号或者LVDS电平信号；

所述通讯信号包括RS422协议信号和LVDS协议信号；所述标准电平信号包括RS422电平信号和LVDS电平信号。

作为本申请另一实施例，所述第一接口芯片为MAX14856；所述第二接口芯片为DS90C387。

作为本申请另一实施例，所述非标准电平信号扩展模块包括：

OC门电路芯片，用于输出非标准电平信号；

光耦电路芯片，用于接收非标准电平信号；

施密特触发器，与所述光耦电路芯片连接，用于将所述非标准电平信号整形后发送到所述FPGA。

作为本申请另一实施例，所述OC门电路芯片为MIC4423；所述光耦电路芯片为TLP2768A；所述施密特触发器为54LS14。

作为本申请另一实施例，所述CPCI总线接口包括：

储存器，用于存储初始化配置信息；

第三接口芯片，分别与所述储存器和CPCI总线连接，用于根据所述初始化配置信息建立与所述CPCI总线的数据交互。

作为本申请另一实施例，所述储存器为93C66B-I/P；所述第三接口芯片为PLX9054。

作为本申请另一实施例，还包括：电源模块，与所述FPGA连接，用于为所述FPGA提供电源。

作为本申请另一实施例，还包括：

Flash芯片，与所述FPGA连接，用于存储逻辑程序。

本发明提供的基于CPCI总线的多功能实时交互系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明可以通过通讯协议/电平标准扩展模块和非标准电平信号扩展模块，外接仿真系统所需要的多个模件，且只需要占用CPCI总线机箱一个插槽，大大节省了CPCI总线机箱的槽位，方便在仿真时扩展更多的功能。本发明基于CPCI总线与FPGA逻辑实现多种通讯协议和多种电平信号的信息实时交互的模件方案，具有模块化、易实现、高开放性的特点。适应于用户需要通过应用程序对多协议、多种电平标准信号的实时控制和访问的场景，能够满足仿真系统对实时性的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于CPCI总线的多功能实时交互系统的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的基于CPCI总线的多功能实时交互系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基于CPCI总线的多功能实时交互系统的逻辑流程示意图。

图中：1、通讯协议/电平标准扩展模块；2、非标准电平信号扩展模块；3、FPGA；4、CPCI总线接口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

作为本发明的一种具体实施方式，请参阅图1，现对本发明提供的基于CPCI总线的多功能实时交互系统进行说明。

基于CPCI总线的多功能实时交互系统，包括通讯协议/电平标准扩展模块1、非标准电平信号扩展模块2、FPGA3和CPCI总线接口4。通讯协议/电平标准扩展模块1用于传输标准数据信号；标准数据信号包括：通讯信号或者标准电平信号；

非标准电平信号扩展模块2，用于传输非标准电平信号；FPGA3，与通讯协议/电平标准扩展模块1和非标准电平信号扩展模块2连接，用于传输标准数据信号和非标准电平信号；CPCI总线接口4，分别与FPGA3和CPCI总线机箱连接，用于向FPGA3传输应用程序中的功能设置参数。

FPGA3根据功能设置参数确定标准数据信号，建立通讯协议/电平标准扩展模块1和非标准电平信号扩展模块2与CPCI总线机箱的数据交互。

本发明可以通过通讯协议/电平标准扩展模块1和非标准电平信号扩展模块2，外接仿真所需要的多个模件，方便在仿真时扩展更多的功能。

本发明提供的基于CPCI总线的多功能实时交互系统，与现有技术相比，可以支持传输标准数据信号和传输非标准电平信号，且只需要占用CPCI总线机箱一个插槽，节省CPCI总线机箱的插槽位置，便于扩展其他功能，同时也降低设备成本。

作为本发明的一种具体实施方式，请参阅图2。本实施例中通讯协议/电平标准扩展模块1包括：第一接口芯片和第二接口芯片。第一接口芯片，用于传输RS422协议信号或者RS422电平信号；第二接口芯片，用于传输LVDS协议信号或者LVDS电平信号；通讯信号包括RS422协议信号和LVDS协议信号；标准电平信号包括RS422电平信号和LVDS电平信号。

本发明中RS422通讯协议和LVDS协议是基于FPGA3内部逻辑和模件上的422电平芯片、LVDS电平芯片实现，再通过FPGA3逻辑可以实现数据在不同协议间的传输，进而实现多设备间的通信；若需要实现非标准的上述两种协议，只需要更改FPGA3内部逻辑即可。该实现方式大大提升了模件的功能兼容性，降低模件的设计成本。同时，422电平芯片、LVDS电平芯片可用于接发/送收电平，实现多台设备间的不同电平标准的信号交互，建立多个设备间的信号互联通道。

第一接口芯片型号为MAX14856；第二接口芯片型号为DS90C387。MAX14856是满足RS422电气规范接口芯片，与FPGA3实现数据和信号的发送/接收；DS90C387是符合LVDS标准的接口芯片，与FPGA3实现数据和信号的发送/接收。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，非标准电平信号扩展模块2包括：OC门电路芯片和OC门电路芯片。OC门电路芯片，用于输出非标准电平信号；OC门电路芯片，用于接收非标准电平信号；施密特触发器，与光耦电路芯片连接，用于将非标准电平信号整形后发送到FPGA3。OC门电路芯片型号优选为MIC4423；光耦电路芯片型号优选为TLP2768A；施密特触发器型号优选为54LS14。MIC4423是OC门电路芯片，该芯片输出电流高达3A，可驱动大功率负载，也可接入多种电压实现非标准电平信号的输出；TLP2768A是光耦电路芯片，可接入多种电压实现非标准电平信号的接收，接收到的信号经过施密特触发器(54LS14)整形后送至FPGA3。OC门电路可扩展非标准电平的信号输出，光耦接收电路可接收非标准电平的信号，本发明利用OC门电路和光耦接收电路拓宽了发送/接收的电平种类，兼容更多的电平信号，提升了模件的功能性和通用性。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，CPCI总线接口4包括：储存器和第三接口芯片；储存器，用于存储初始化配置信息；第三接口芯片，分别与储存器和CPCI总线连接，用于根据初始化配置信息建立与CPCI总线的数据交互。储存器型号优选为93C66B-I/P；第三接口芯片型号优选为PLX9054。CPCI总线接口4使用PLX9054芯片和93C66B-I/P(EEROM)实现。本发明采用PLX芯片和EEROM存储器实现32位CPCI总线协议，可以把复杂的CPCI协议交由PLX芯片处理，把CPCI总线协议的逻辑分离成PCI端逻辑和用户端逻辑，用户只需要关注用户端逻辑即可，可减轻用户的设计工作，提高设计效率。

PLX9054芯片对复杂的CPCI协议时序进行梳理转化为易于用户操作的本地总线，PLX9054既要作为CPCI总线的从设备，又要充当本地总线的主机设备，从而为CPCI总线和FPGA3之间建立起信息通路；EEROM存储器用于PLX9054的初始化配置，主要的初始化配置信息有PCI配置寄存器(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)、局部配置寄存器(本地地址空间属性和本地地址总线属性)、电源管理寄存器、热插拔寄存器以及VPD寄存器，具体的配置计算可参考PLX9054的使用手册。

本发明中各种电平信号的发送/接收均通过板载FPGA进行控制，板载FPGA接收CPCI总线发送的控制指令，实现对信号的控制。本发明中FPGA型号优选Xilinx XC7K70T-2FBG676I。FPGA用于CPCI总线和其他协议之间的数据、控制指令实时传输，以及与多种电平标准的信号实时交互，使得用户可以通过应用程序能够对其他协议和信号进行访问和控制。由于该款FPGA(Xilinx XC7K70T-2FBG676I)基于SRAM技术制作，需要Flash芯片，与FPGA连接，用于存储逻辑程序。外挂的Flash芯片的型号优选为N25Q128A23ESE40。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，还包括：电源模块，与所述FPGA连接，用于为所述FPGA提供电源。由于FPGA(Xilinx XC7K70T-2FBG676I)对上电时序有要求，因此电源模块优选具有输出时序管理功能的芯片。本发明中优选型号为LTM4644IY的电源模块。本发明中的逻辑程序可通过编程口P1下载到Flash(N25Q128A23ESE40)，上电后FPGA(XilinxXC7K70T-2FBG676I)通过SPI总线从Flash(N25Q128A23ESE40)中读取逻辑程序，从而实现对FPGA3的功能配置。

本发明中基于CPCI总线的多功能实时交互系统的模件结构为标准3U欧规卡，遵循IEC 60297-3、IEC 60297-4以及IEEE 1101.10标准，外形尺寸为100*160mm，可在CPCI总线机箱插拔。计算机依据应用程序需求，通过CPCI总线发送数据和控制指令至模件的板载FPGA3，实现对多协议的配置使用和多电平标准信号的控制；板载FPGA3同样通过CPCI总线回传数据等，建立了CPCI协议与其他协议、CPCI协议和不同电平标准信号间的实时交互通道，进而实现了应用程序和模件之间的通信。

此外，本发明中将XP1(J29A-37ZKWP4)、XP2(J30J-37TJWP14)和XP3(J29A-37TJWP4)作为基于CPCI总线的多功能实时交互系统的输入/输出数据、信号的接口。数据信号分别从三个接口输入/输出，可降低各个模件间功能的干扰。本发明还采用了标准的CPCI压接件J1(AMP-352068-1)，用于基于CPCI总线的多功能实时交互系统与CPCI总线的连接。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图3，FPGA3逻辑由系统初始化模块、CPCI总线模块、功能选择模块、通讯配置模块、通讯模块和信号交互模块组成。本发明提供的基于CPCI总线的多功能实时交互系统上电后，系统初始化模块负责对基于CPCI总线的多功能实时交互系统进行参数初始化配置，然后CPCI总线模块将应用程序中的功能设置参数传输到FPGA3中，功能选择模块依据CPCI总线模块传输的设置参数确定模件中RS422芯片、LVDS芯片进行通讯功能还是信号交互功能。如果是通讯功能则进行通讯协议配置，然后开始与CPCI总线进行数据数据传输和信号交互，实现应用程序中对RS422协议、LVDS协议和其他电平标准信号的访问控制。在CPCI总线数据交互同时控制模件的关闭，若不关闭模件，则模件持续与CPCI总线数据进行交互数据和信号，若关闭模件，则结束；如果不是通讯功能，则模件中RS422芯片、LVDS芯片进行信号交互功能，然后开始与CPCI总线数据进行信号交互，实现应用程序对RS422电平信号、LVDS电平信号和其他电平标准信号的访问控制，CPCI总线数据交互同时控制模件的关闭，若不关闭模件，则模件持续进行数据传输、信号交互和CPCI总线数据交互，若关闭模件，则结束。

本发明公开的一种基于CPCI总线的多功能实时交互系统，是基于CPCI标准的板卡设计，支持的通讯协议有RS422协议和LVDS协议，支持的电平标准有TTL电平、422电平和LVDS电平，同时通过OC门电路和光耦接收电路还可扩展支持更多不同的电平标准信号，只需要占用CPCI总线机箱一个插槽，大大节省了CPCI总线机箱的槽位，实现多种通讯协议间的数据实时传输和不同电平标准的信号实时交互。

本发明提出的基于CPCI总线与FPGA逻辑实现多种通讯协议和多种电平标准信号的信息实时交互的模件设计方案，具有模块化、易实现、高开放性的特点。适应于用户需要通过应用程序对多协议、多种电平标准信号的实时控制和访问的场景，能够满足仿真系统对实时性的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。