基于PXI技術(shù)的1553B總線通訊模塊的設(shè)計

引言

1553B軍用總線標(biāo)準(zhǔn)，在軍事裝備，特別是飛機(jī)系統(tǒng)， 得到了廣泛的應(yīng)用。為了測試帶有1553B總線接口的電子設(shè)備 與系統(tǒng)，通常需要在測試系統(tǒng)配備1553B接口模塊。PXI總線 是一種體積小、數(shù)據(jù)傳輸速度高的儀器總線，在航空航天等 測控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。PXI-1553B模塊可用于PXI總線 測試系統(tǒng)與1553B設(shè)備的通訊，完成對帶有1553B接口設(shè)備 的測試，因此設(shè)計PXI-1553B模塊具有重要的應(yīng)用意義。

1基于PXI技術(shù)的1553B總線通訊模塊性能指標(biāo)

32 b，33 MHz PXI總 線 接口，標(biāo) 準(zhǔn)PXI 3U尺寸 （160 mmX 100 mm）；

符合1553B規(guī)范，總線傳輸速率1 Mbps ；

單通道、多功能、雙冗余通道數(shù)據(jù)發(fā)送和接收；

通道包括1個BC （總線控制器），0?31個RT （遠(yuǎn)程終 端），1個MT（總線監(jiān)視器）；

軟件可設(shè)置幀間隔時間、消息間隔時間、消息的數(shù)量、 RT狀態(tài)字響應(yīng)時間和應(yīng)答超時時間；

提供Windows XP操作系統(tǒng)程序支持，包括驅(qū)動和動態(tài) 鏈接庫等。

2基于PXI技術(shù)的1553B總線通訊模塊原理框圖

基于PXI技術(shù)的1553B總線通訊模塊結(jié)構(gòu)組成如圖1所 示，主要包括隔離變壓器、收發(fā)器、FPGA可編程邏輯控制 器、PXI總線控制器、SDRAM存儲器、時鐘電路等。隔離 變壓器與收發(fā)器為接口電路；FPGA可編程邏輯控制器用來實 現(xiàn)1553B接口通信，包括信號發(fā)送與接收的編解碼及串并轉(zhuǎn)換、 總線協(xié)議與消息處理和傳輸邏輯控制與時鐘控制等模塊；PXI 總線控制器完成PXI總線與本地總線之間的轉(zhuǎn)換；SDRAM存儲器用來存儲和緩沖命令和信息（數(shù)據(jù)）；時鐘用來提供 FPGA和PXI總線控制器所需的時鐘。

3基于PXI技術(shù)的1553B總線通訊的實現(xiàn)

3.1 PXI總線通信的實現(xiàn)

應(yīng)用芯片PCI9054實現(xiàn)PXI總線接口，選擇PCI9054本地總線工作在C模式下，PCI9054芯片通過片內(nèi)邏輯控制，將 PXI的地址線和數(shù)據(jù)線分開，從而為本地總線的各種操作提 供良好的工作時序。

系統(tǒng)上電復(fù)位后，PCI9054讀取其外部存儲器的數(shù)據(jù)對 寄存器進(jìn)行配置，完成PCI9O54的初始化。PXI的初始化 數(shù)據(jù)由E2PROM來加載。E2PROM的配置采用在線燒錄的方 式，運行PLXMON軟件，可以識別到PXI總線通訊模塊的設(shè) 備號為9054，設(shè)備標(biāo)志號為10B5，類碼為AA。PCI9054的 Local端寄存器包括Local端地址空間范圍寄存器（LASORR、 LAS1RR、EROMRR）與Local端地址空間基地址寄存器 （LAS0BA、LASlBA、EROMBA） ； PXI地址空間基地址寄存 器（PCIBAR2、PCIBAR3、PCIERBAR）。Local 端的這三個地 址空間若要被PXI總線訪問，則首先需完成PXI空間到Local 空間的地址映射。其次，當(dāng)系統(tǒng)上電時，系統(tǒng)對PXI基地址寄 存器寫入全1，然后回讀，返回設(shè)備申請的映射資源的類型和 大小。

在C模式下，采用從操作模式向通訊模塊發(fā)送控制命令,

是由PXI總線上的主設(shè)備訪問本地總線的操作，PCI9O54通 過一個16字長PXI從模式讀FIFO和一個32字長PXI從模 式寫FIFO,來實現(xiàn)從PXI總線到本地總線的突發(fā)存儲器映射 訪問和IO映射訪問。

3.2驅(qū)動程序的開發(fā)

驅(qū)動程序用WinDriver軟件開發(fā)，運行Driverwizard程 序，創(chuàng)建新的驅(qū)動程序，進(jìn)入設(shè)備選擇界面，選定PCI9054 PCIAccelerator, 創(chuàng)建 PXI 設(shè)備 安裝文件.INF (Device information File),其提供了全面描述設(shè)備硬件參數(shù)和相應(yīng)驅(qū) 動文件的信息，操作系統(tǒng)通過INF文件就可以找到設(shè)備的驅(qū) 動程序叫

進(jìn)入PXI通訊模塊的資源對話框，可以查看并修改PXI 通訊模塊的存儲器空間、I。空間、寄存器等內(nèi)容，并可以 監(jiān)聽中斷，在Visual C++開發(fā)環(huán)境中生成驅(qū)動程序框架代 碼，包括M1553_diag.dsw、M1553_diag.dsp兩個工程文件與 M1553_lib.c、M1553_lib.h、M1553_diag.c 三個文件，M1553_ lib.c是設(shè)備的應(yīng)用程序級API函數(shù)文件，定義了訪問所有PXI 設(shè)備資源(包括存儲器讀寫、IO讀寫、寄存器操作、中斷處理等) 所需的庫函數(shù)，可以直接調(diào)用這些標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)實現(xiàn)對硬件 的操作和訪問，M1553_lib.h文件是上述庫函數(shù)所需的頭文件, M1553_diag.c是基于控制臺的設(shè)備診斷程序，在程序中使用 了文件M1553_lib.c中的庫函數(shù)，對設(shè)備進(jìn)行實際操作。根據(jù) 應(yīng)用情況對上述三個文件代碼進(jìn)行修改,編寫具體的功能代碼, 建立用戶模式的驅(qū)動程序，主要包含設(shè)備的初始化、設(shè)備的 讀寫操作與設(shè)備的關(guān)閉［4, 5］。

3.3 SDRAM存儲器的控制

SDRAM作為緩存芯片，選用單周期讀寫的 MT48LC16M16A,數(shù)據(jù)位寬16位，塊地址選擇線為BA0和 BA1,用來尋址4個塊的地址空間。每塊內(nèi)部又是一個存儲 陣列，分為8 192行和512列，行地址線和列地址線進(jìn)行復(fù) 用，行地址線為A0~A12,列地址線為A0~A8。由于特殊的 存儲結(jié)構(gòu)，SDRAM操作指令比較多，SDRAM的操作是通 過RAS, CAS及WE給出的總線命令來控制的［6］。

SDRAM在上電后須對其進(jìn)行初始化操作配置SDRAM 的工作模式，之后SDRAM進(jìn)入正常工作狀態(tài)，等待控制 器對其進(jìn)行讀、寫和刷新等操作。SDRAM行列地址采用復(fù) 用方式，在每次讀寫操作時，行列地址要鎖存，由ACTIVE 命令激活要讀寫的BANK,并鎖存行地址，然后在讀寫指 令有效時鎖存列地址。為了保證信息完整，必須按要求定期 發(fā)出刷新命令，保證在規(guī)定的時間內(nèi)對每一個單元都進(jìn)行刷 新。刷新命令一次只對一行進(jìn)行充電，需要每隔7.812 5 us (64 ms/8 192)執(zhí)行一次刷新命令。

3.4 1553B總線通信的實現(xiàn)

1553B總線協(xié)議的處理與邏輯控制功能框圖如圖2所示, 主要包括命令字、狀態(tài)字以及方式命令譯碼，進(jìn)行RT地址比 較，子地址比較，進(jìn)行命令字、狀態(tài)字和方式命令譯碼，進(jìn) 行錯誤檢測及發(fā)送中斷信號等，并要為其余模塊發(fā)送相應(yīng)控 制量，實現(xiàn)對總線接口的控制，包括命令字/狀態(tài)字譯碼及數(shù) 據(jù)控制，存儲管理單元控制，檢錯控制，命令字發(fā)送及狀態(tài) 字設(shè)置，發(fā)送器控制與時鐘產(chǎn)生等幾部分。

命令字/狀態(tài)字譯碼及命令字發(fā)送控制模塊是在BC 工作方式下發(fā)送命令字，且在BC/RT/MT三種工作模式下對 命令字或狀態(tài)字進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號實現(xiàn)對其它 模塊的控制，如對數(shù)據(jù)控制部分，存儲管理控制部分，檢錯 控制部分，狀態(tài)字設(shè)置部分，以及發(fā)送器控制部分等，這是 模塊的核心部分吐

存儲管理單元包括消息隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、存儲 空間的規(guī)劃(包括總線控制器BC，多個遠(yuǎn)程終端RT,總線 監(jiān)視器MT)和讀寫控制邏輯(控制過程)設(shè)計三方面，對 SDRAM進(jìn)行存儲資源分配并對讀寫控制邏輯進(jìn)行處理，以 滿足各工作方式下多消息傳輸?shù)倪B續(xù)性要求叫

檢錯控制模塊用于檢測消息傳輸過程中發(fā)生的錯誤, 包括字計數(shù)檢測及RT響應(yīng)超時檢測，并根據(jù)其它模塊檢測 到的RT地址錯誤、奇偶校驗錯誤和位計數(shù)錯誤等產(chǎn)生中斷信 號。

狀態(tài)字設(shè)置模塊實現(xiàn)RT工作方式下返回狀態(tài)字的 設(shè)置，并對狀態(tài)字和當(dāng)前命令字和上一命令字進(jìn)行存儲，以 備方式命令的消息方式的實現(xiàn)。

發(fā)送器控制模塊針對不同的工作方式選擇需要發(fā)送 的信息。

時鐘產(chǎn)生對外部輸入時鐘進(jìn)行處理產(chǎn)生不同頻率的 時鐘，實質(zhì)上是一個計數(shù)器，對外部輸入時鐘進(jìn)行分頻處理。

1553B總線協(xié)議的處理與邏輯控制要完成BC、多個RT 與MT各自功能的實現(xiàn)，并要對BC、RT和MT進(jìn)行協(xié)調(diào)處 理與綜合管理，執(zhí)行控制流圖見圖3。

4 結(jié) 語

基于 PXI 技術(shù)的 1553B 總線通訊模塊的成功開發(fā)，掌握了 PXI 總線通訊的核心技術(shù)與實現(xiàn)方法，解決了 PXI 總線接口設(shè)計、SDRAM 存儲器的控制和 1553B 總線通信協(xié)議實現(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)，為航空領(lǐng)域測控系統(tǒng)開發(fā)和搭建 PXI 測控平臺提供了技術(shù)借鑒，在簡化產(chǎn)品設(shè)計的同時節(jié)約了成本。

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