基于PCI總線和DSP的數(shù)據(jù)通訊卡設(shè)計(jì)

顧海林　魏永國(guó)　戴李剛

摘要：為滿足運(yùn)載火箭串行差分通訊測(cè)試要求，提出一種基于PCI總線和DSP技術(shù)的數(shù)據(jù)通訊卡實(shí)現(xiàn)方法，以TMS320VC5416為核心，通過(guò)PCI2040實(shí)現(xiàn)主機(jī)與板卡之間PCI協(xié)議的轉(zhuǎn)換，使用光耦器件和DS96F174實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離和并串轉(zhuǎn)換，結(jié)合軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PCI總線；DSP；數(shù)據(jù)通訊

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）04-0196-01

在運(yùn)載火箭系統(tǒng)中，串行差分通訊是常用的數(shù)據(jù)通訊方式，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品設(shè)備的工作狀態(tài)，為系統(tǒng)診斷提供可靠的依據(jù)。本文介紹一種基于PCI總線和DSP技術(shù)的數(shù)據(jù)通訊卡用于模擬產(chǎn)品設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)接口檢測(cè)通訊通路和設(shè)備性能。

1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用基于PCI總線接口，PCI總線是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線，支持32位或64位的總線寬度，總線頻率通常是33MHz或66MHz（PCI2.0）。工作在33MHz、32位時(shí)，理論上的最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到133MB/s。PCI總線的主要優(yōu)點(diǎn)是高性能、低成本、通用性強(qiáng)、使用方便靈活。

系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

PCI總線接口模塊完成主機(jī)和PCI板卡之間PCI協(xié)議的轉(zhuǎn)換、主機(jī)和板卡間數(shù)據(jù)和命令的交換。同時(shí)PCI總線接口模塊在主機(jī)的控制下，完成對(duì)整個(gè)板卡系統(tǒng)的復(fù)位、自舉等控制功能。

主控模塊為板卡系統(tǒng)的核心，該模塊接收主機(jī)的控制命令，對(duì)主機(jī)命令進(jìn)行解析，同時(shí)接收主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行緩沖后將數(shù)據(jù)發(fā)送給并串轉(zhuǎn)換和時(shí)序控制模塊進(jìn)行后續(xù)處理，同時(shí)主控模塊將控制并串轉(zhuǎn)換和時(shí)序控制模塊的運(yùn)行過(guò)程。

數(shù)據(jù)隔離和轉(zhuǎn)換模塊接收并串轉(zhuǎn)換和時(shí)序控制模塊輸出的移位信號(hào)和數(shù)碼信號(hào)，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行隔離，并對(duì)隔離后的信號(hào)進(jìn)行單端到差分的轉(zhuǎn)換，使得最終的信號(hào)符合系統(tǒng)的要求。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)PCI總線接口選擇PCI2040作為PCI總線協(xié)議芯片，連接PCI總線和DSP，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和DSP之間的通信。同時(shí)選擇EPROM 24C02為PCI2040進(jìn)行在線配置，以使數(shù)據(jù)通訊卡區(qū)別于PCI總線上的其他板卡。DSP選擇TMS320VC5416作為板卡系統(tǒng)的主控模塊，通過(guò)HPI接口與PCI2040連接，以實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的實(shí)時(shí)通信。

選擇光耦器件6N137作為信號(hào)隔離器件，6N137最高支持10Mbit/s的數(shù)據(jù)率，CMR高達(dá)10kV/us。選擇DS96F174實(shí)現(xiàn)單端信號(hào)到差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換。板卡實(shí)現(xiàn)中供電將來(lái)自PCI總線所提供的5V和3.3V電源，為保證系統(tǒng)的可靠性，需對(duì)電源做隔離。對(duì)于TMS320VC5416所需的1.6V核電壓采用TPS76D301電源芯片，該芯片能提供1A的電流輸出。選擇20MHz的晶振作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源，該晶振同時(shí)為VC5416提供系統(tǒng)時(shí)鐘。

3 軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)通訊卡涉及到的軟件包括4個(gè)部分，即：DSP應(yīng)用程序、Windows的PCI板卡驅(qū)動(dòng)程序以及Windows的測(cè)試軟件。

DSP應(yīng)用程序包括系統(tǒng)初始化、命令解析、數(shù)據(jù)接收、主機(jī)通信等。

首先，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后等待主機(jī)發(fā)送給DSP的主機(jī)中斷。當(dāng)主機(jī)中斷發(fā)生后，響應(yīng)主機(jī)中斷判斷時(shí)鐘定時(shí)器Timer使能狀態(tài)字是否被置位。如果置位，則使能Timer，循環(huán)檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送。當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，將設(shè)置發(fā)送標(biāo)志位，進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)程序。注意，當(dāng)發(fā)送結(jié)束時(shí)，重新循環(huán)檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)等待發(fā)送。

PCI板卡的Windows驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒒赪DM模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)板卡的加載、初始化、DSP程序的自舉、板卡的控制、中斷響應(yīng)、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。

開(kāi)發(fā)基于Visual C環(huán)境的板卡功能測(cè)試軟件，對(duì)板卡所支持的各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于PCI總線和DSP技術(shù)的數(shù)據(jù)通訊卡可方便集成至PC系統(tǒng)中，由上位機(jī)通過(guò)PCI總線完成板卡的控制和友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，因DSP其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算處理能力，可完成高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)通訊傳輸，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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