安百俊，呂 冰，李新民

（中航工業(yè)西安航空計算技術研究所，西安710068）

基于SM61864的GJB289A通信接口開發(fā)和應用

安百俊，呂 冰，李新民

（中航工業(yè)西安航空計算技術研究所，西安710068）

為滿足GJB289A接口小型化、輕型化、低功耗、高可靠性和靈活性應用需求，設計一款采用SM320F2812作為智能處理器、SM61864芯片作為GJB289A控制芯片，采用FPGA實現(xiàn)主要邏輯的雙余度雙通道MBI。MBI能極大降低總線負載，提高總線傳輸效率。SM61864使得MBI具有BC、RT、Monitor、RTMT等功能。通過在線綜合與聯(lián)試，MBI模塊能夠滿足系統(tǒng)的快速、靈活等要求。

總線控制器（BC）；遠程終端（RT）；遠程終端組合選擇消息監(jiān)控（RTMT）；數(shù)字信號處理器（DSP）；可編程門陣列（FPGA）

1 引 言

當前，航空電子系統(tǒng)中的主流通信網(wǎng)絡仍然采用GJB289A，因為GJB289A總線技術成熟，可靠性高。MBI模塊作為航空電子系統(tǒng)中通用總線接口模塊，實現(xiàn)了GJB289A總線協(xié)議，被廣泛應用。之前，MBI模塊廣泛采用UTMC公司生產(chǎn)的協(xié)議芯片實現(xiàn)GJB289A總線的ISBC協(xié)議。而ISBC協(xié)議，對系統(tǒng)總線通信表的設計要求很高，并且很不靈活。隨著總線負載的增加，傳統(tǒng)的MBI模塊在重量、體積、消息處理速度、存儲器容量、軟硬件編程方式等方面已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)要求。這樣，迫切需要設計一款新的MBI來解決上述“弱點”，以提高系統(tǒng)的性能和靈活性。

通過介紹MBI模塊的實現(xiàn)，推廣SM61864在今后MBI設計上的應用。

2 設計思想

通常，GJB289A總線網(wǎng)絡上有且只有一個BC，同時，會有最多31個遠程終端。BC用于組織消息傳輸和管理網(wǎng)絡，RT按照BC傳輸?shù)闹噶睿梢越邮誃C傳輸?shù)南?，發(fā)送消息到BC或其他RT。航空電子通信系統(tǒng)對應的結構如圖1所示。

BC的硬件設計保持和以前設計相同的思路，采用SM61864實現(xiàn)航空電子系統(tǒng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能；軟件固化在MBI模塊上的智能處理器內(nèi)部FLASH中；驅(qū)動軟件則駐留在主機上，由應用軟件根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)對通信軟件的控制。

圖1 航空電子通信系統(tǒng)層次結構

3 SM61864帶來的MBI新特征

MBI在設計重量上要求盡可能輕、體積上盡可能小、消息處理速度盡可能快、存儲器容量盡可能大、軟硬件編程盡可能方便，因此，在設計的時候，使用SM61864帶來的如下優(yōu)點：

a.實現(xiàn)了MPBC協(xié)議，兼容以前的ISBC協(xié)議，同時增加了很多新特點；

b.Mini-ACE集成了GJB289A總線協(xié)議處理能力和雙余度收發(fā)器功能，體積大幅減小，重量大幅減輕；

d.主要采用3.3V邏輯供電，5V收發(fā)器供電，使得MBI電源設計簡單，功耗低；

e.具備了作為BC時能監(jiān)控RT到RT消息和RT到RT廣播消息；

f.作為RT的同時，可以作為選擇消息監(jiān)控，監(jiān)控除自身外所有其他RT的消息；

g.具有透明模式和緩沖模式，可以和MBI上處理器通過其DMA功能訪問MBI上共享存儲器。

4 MBI硬件實現(xiàn)

MBI模塊上有兩路獨立的MBI（MBI1和MBI2）。每路MBI的硬件結構如圖2所示。

其中，MBI的邏輯電路是通過FPGA實現(xiàn)的，主要功能有：

a.DSP相關的控制邏輯；

b.DSP外部存儲器接口邏輯；

c.RTC邏輯；

d.與主機接口的66MHz/33MHz 32位數(shù)據(jù)接口的PCI從設備邏輯。

其中，DSP相關的控制邏輯，主要實現(xiàn)在透明模式下，與ACE之間的DMA控制邏輯和內(nèi)部“READY”邏輯；

DSP外部存儲器接口邏輯，主要實現(xiàn)多協(xié)議復用總線控制器上的RAM和雙口存儲器右端口、信號燈的譯碼，以及相關的IO端口譯碼；

RTC邏輯，采用VHDL語言設計，在功能上保持以前的RTC功能，精度20us/40us可選擇，向上計數(shù)，帶復位、鎖功能；

PCI從設備邏輯，未使用傳統(tǒng)的PCI橋，而是結合PCI總線規(guī)范，采用VHDL語言實現(xiàn)；

圖2 MBI結構示意圖

主機接口邏輯，實現(xiàn)雙端口存儲器左端口、信號燈的譯碼，以及相關的IO端口譯碼，同時實現(xiàn)主機接口部分的“READY”邏輯；

為了避免主機處理器和DSP或協(xié)議芯片對雙口存儲器訪問的沖突，采用BUSY邏輯實現(xiàn)；

SM61864則接成“透明”模式，通過DMA訪問外部雙口存儲器，RT地址鎖存信號上拉，通過配置ACE內(nèi)部寄存器，可以靈活的設置MBI模塊作為RT時的RT地址。

SM61864總線信號通過ACE內(nèi)部的雙接收發(fā)送器，采用變壓器耦合方式和SM61864總線通信網(wǎng)絡相連接。

調(diào)試的時候，加載軟件目標碼到DSP內(nèi)部的RAM中；

固化的時候，燒寫軟件目標碼到DSP內(nèi)部的FALSH中。

5 MBI軟件設計

MBI的軟件包括通信軟件和驅(qū)動軟件。

通信軟件駐留在MBI模塊上DSP內(nèi)部FALSH存儲器中；驅(qū)動軟件駐留在主機上，提供標準的API接口，供應用軟件調(diào)用，實現(xiàn)對MBI的控制，和系統(tǒng)控制程序、應用程序等進行動態(tài)聯(lián)編。

通信軟件設計是在DSP專用開發(fā)工具CCStudio3.1下開發(fā)的。驅(qū)動軟件是在Tornado2.2下開發(fā)的，同時移植到AE 653操作系統(tǒng)下的WorkBench2.0上，使得在不同操作系統(tǒng)上都可調(diào)用MBI模塊驅(qū)動程序。MBI軟件的頂層結構如圖3所示。

圖3 MBI軟件頂層結構圖

主機和MBI之間的通信采用“命令/響應”方式，即主機向MBI模塊的DPRAM中命令字單元寫相應命令，而MBI執(zhí)行該命令之后，會在DPRAM中響應字單元寫響應字。

MBI主要執(zhí)行的命令有：初始化、自測試、啟動、停止、軟復位、加載看門狗等，此外，MBI對RT上下網(wǎng)，自測試失敗，緊急消息，互為熱備份RT同時上網(wǎng)等，需要向主機發(fā)送中斷請求。MBI內(nèi)部需要處理的中斷主要有ACE中斷，在作為BC的時候，還包括內(nèi)部定時器周期中斷。

5.1 MBI傳輸軟件各模塊的實現(xiàn)

初始化模塊，首先通過配置DSP內(nèi)部的PLL電路，XINTF接口，設置DSP的系統(tǒng)時鐘頻率、CPU時鐘頻率以及外部接口工作時鐘頻率等，并配置DSP訪問外部各存儲區(qū)域的時序。然后，依據(jù)主機需要的MBI模塊的工作方式（BC，RT，MT或RT/MT），配置雙口存儲器中的相關單元，初始化SM61864內(nèi)部的固定訪問區(qū)域，配置寄存器、中斷使能、棧指針寄存器等，使得ACE能按照指定的模式工作。

在BC模式，消息棧設置為1K字，最多可存放256條消息，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)采用雙緩沖模式，遵循系統(tǒng)要求的MPBC協(xié)議。

在RT模式，RT地址可以配置，使用單緩沖，忙位設置；可以使用命令非法化表，依據(jù)RT地址、發(fā)送/接收位、子地址、數(shù)據(jù)字計數(shù)等設置RT相關消息是否合法；可以將方式命令、廣播命令的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要，放置在特定區(qū)域。

在MT模式，可以根據(jù)系統(tǒng)需要，設置采用字監(jiān)控模式或者選擇消息監(jiān)控模式。選擇字監(jiān)控，可以設置各種不同的觸發(fā)條件；選擇消息監(jiān)控，通過設置消息監(jiān)控管理表，可以依據(jù)RT地址，發(fā)送/接收位，子地址進行消息選擇，并且有獨立的命令棧和數(shù)據(jù)棧。MBI可以將命令棧中的命令和數(shù)據(jù)棧中的“數(shù)據(jù)”重新組織成一條完整的消息，驅(qū)動接口通過系統(tǒng)提供的刷新標志，將該消息數(shù)據(jù)提交給應用。

在RT/MT模式，MT只能采用選擇消息監(jiān)控，可以實現(xiàn)MBI作為RT工作的同時，實現(xiàn)選擇消息監(jiān)控。這時，MBI需要根據(jù)RT命令棧指針和MT命令棧指針的變化，決定當前消息結束中斷是RT消息還是MT消息。

自測試模塊，完成MBI內(nèi)部資源的自測試，并將自測試結果存儲在雙口存儲器中，當自測試失敗時，向主機發(fā)送中斷請求。主要完成的測試有：DSP自檢，雙口存儲器測試，RTC功能測試，ACE自測試等。

啟動和停止模塊，是啟動或者停止MBI模塊按照初始化的功能工作。工作的時候，完全遵循系統(tǒng)提出的MPBC協(xié)議。協(xié)議嚴格控制消息傳輸時間，控制消息重試，消息傳輸通道等，極大地提高了總線通信效率，減小了通信負載，并提高了系統(tǒng)地可靠性。

軟復位模塊，完成自測試功能和初始化功能，并設置復位標志；

加載WDT模塊，依據(jù)系統(tǒng)需要的WDT時間，加載并啟動WDT定時器工作。

5.2 MBI驅(qū)動軟件接口函數(shù)的實現(xiàn)

基本接口驅(qū)動提供：主機讀、寫MBI模塊DPRAM；主機讀、寫MBI模塊IO端口的基本接口函數(shù)。

MBI控制程序提供了：主機向MBI模塊DPRAM命令字單元寫初始化命令、自測試命令、啟動命令、停止命令、加載WDT命令，然后獲取MBI模塊響應字的相應驅(qū)動程序接口函數(shù)。

TMR控制程序提供了主機讀、寫MBI模塊上RTC以及讀取BC與RT的RTC差值等驅(qū)動程序。

系統(tǒng)控制驅(qū)動程序提供了主機更改MBI模塊作為BC時的子系統(tǒng)模式，獲取RT通道狀態(tài)和通道切換狀況，以及軟復位MBI模塊的驅(qū)動程序。

消息控制程序提供了主機從MBI模塊接收消息緩沖區(qū)中提取消息數(shù)據(jù)和向發(fā)送消息緩沖區(qū)寫消息數(shù)據(jù)，以及找出兩個消息號之間，接收消息數(shù)據(jù)已經(jīng)刷新的消息邏輯號的驅(qū)動接口函數(shù)。

中斷服務程序提供了主機依據(jù)MBI模塊所發(fā)出的中斷和記錄中斷原因，進行相關中斷處理的過程。MBI中斷主機的原因有：緊急消息中斷，看門狗上溢中斷，自測試失敗中斷，RT上下網(wǎng)中斷，熱備份RT同時上線中斷等。

6 MBI模塊功能驗證

由SM61864實現(xiàn)的MBI，在系統(tǒng)單元進行綜合的時候，對各項功能的驗證如下：①作為BC，完全實現(xiàn)了系統(tǒng)要求的MPBC協(xié)議，能正常、穩(wěn)定、靈活的組織消息傳輸，重試管理正常，通道管理正常，同時具備熱備份功能；②作為RT，能靈活的進行RT地址配置，能正常接收與之相關的消息和正確響應方式命令；③作為MT的時候，能夠?qū)偩€上所有的消息數(shù)據(jù)進行字監(jiān)控，也可以對選擇的消息進行監(jiān)控；④作為RTMT的時候，能作為RT的同時，對總線上其他的RT消息進行監(jiān)控。

綜上所述，由Mini-ACE所實現(xiàn)的MBI，能完成系統(tǒng)提出的所有需求，并可以穩(wěn)定、可靠地工作。

7 結束語

由SM61864實現(xiàn)的MBI，采用MPBC協(xié)議，引入了時間調(diào)度和消息幀管理等機制，為系統(tǒng)設計提供了一種靈活的思路，為今后AFDX通信網(wǎng)絡、FC總線通信網(wǎng)絡的研究奠定了良好的基礎。但SM61864總線速度沒有根本性的提高，仍然使用1MHz的總線速度，今后，可以逐步考慮使用10MHz，100MHz的總線，進而轉(zhuǎn)入千兆以太網(wǎng)、FC網(wǎng)絡。最后，希望廣大讀者能提供寶貴的意見和建議。

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Development and Application of GJB289A Based on SM61864

An Baijun，Lv Bing，Li Xinmin
（Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute，AVIC，Xi’an 710068，China）

Tomeet the requirements ofminimization，low-power，high-credibility and flexibility of MBImodule，a new MBImodule is designed in this paper，which uses the mini DSP processor SM320F2812 of TICorp.as the processor，BU61865 of DDC as the GJB289A protocol processor and FPGA to realize themain logic circuit.The MBImodule has two redundant channels and is capable to minimize the payload of the bus to improve the bus transmission efficient.Themini-ACE can be used as the bus controller，remote terminal，bus monitor and the combination of remote terminal and select messagemonitor.After the integration in the system-design institute，the MBImodule satisfies the requirements of high speed and flexibility.

Bus Controller（BC）；Remote Terminal（RT）；Remote Terminal and selected Message Monitor（RTMT）；Digital Signal Processor（DSP）；Field Programmable Logic Array（FPGA）

10.3969/j.issn.1002-2279.2015.03.008

TP393

A

1002-2279（2015）03-0024-03

安百?。?982-），男，吉林安圖人，學士，工程師，主研方向：硬件研發(fā)。

2014-10-14