基于cpci接口afdx终端测试板卡通讯模块设计探究

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1、基于CPCI接口AFDX终端测试板卡通讯模块设计探究　　摘要：本文在研究航空全双工交换式以太网（AvionicsFullDuplexSwitchedEthernet，AFDX）实时传输协议的基础上，分析了基于CPCI接口的双冗余AFDX终端测试系统通讯模块的设计原理，重点介绍了支持热插拔的CPCI接口电源电路分析、FPGA与PCI9030接口模块时序分析和在Windriver软件环境下的驱动程序的开发，为AFDX上位机底层驱动接口的开发和软件界面的开发以及AFDX交换机的研发打下了良好的基础。本文网络版地址：

2、http：//www.eepw.com.cn/article/203230.htm关键词：AFDX；热插拔；CPCI接口；PCI9030DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.1.015AFDX终端系统模块设计本文设计的AFDX终端通讯系统包括FPGA控制模块、PCI接口模块、双冗余PHY模块。为了设计高可靠性的AFDX终端系统，设计了2个独立的双冗余交换网络，从而保证系统的可靠性信息传输。系统硬件架构如图1所示。CPCI接口模块6CPCI接口模块由2个部分组成，第一部分主要实现P

3、CI总线协议功能，实现FPGA与上位机进行数据的通信；第二部分主要实现从CPCI接口采电，并在板上进行电源管理，对整个板卡实现支持热插拔的电源供应。FPGA控制模块FPGA控制模块是整个板卡的控制核心，它包含了AFDX协议栈的IP硬核，实现了AFDX协议栈特有的，如流量整形、虚拟链路调度、完整性检查、冗余管理、以太网MAC层硬件实现等功能以及其它如与PCI9056通信、内部数据的缓存管理等功能。支持10/100Mbps标准的航空实时以太网数据的可靠性传输。以数据下传为例介绍FPGA控制模块的工作流程：首先在P

4、C机上运行上层测试软件，通过它来设置发送通道的相应参数，该信息通过CPCI接口传送至可编程芯片，可编程芯片内的处理器单元根据PC机下传的参数来设置发送通道的相关寄存器参数，同时该消息经过流量整形模块，进行规划化处理，使其输出的数据帧是规整的、没有时延抖动的。来自流量整形模块的数据帧由虚拟调度模块添加序列号（SN）后，发往冗余管理模块。冗余管理模块将需要发送消息复制发送到2个独立的冗余MAC链路层中。MAC模块对数据帧添加帧序列校验，发往PHY模块。PHY层模块将可编程芯片内的MAC层的数据帧进行电平转换后传送

5、至其他标准航空以太网PHY设备中。双冗余PHY物理接口6CPCI接口电源电路分析热插拔功能主要用于CPCI设备，热插拔功能允许板卡随意从设备中插拔而不影响设备操作系统的正常运行。如图2所示，LTC1643L是一个允许CPCI型设备进行安全插入和拔出的电源管理控制器，将系统的CPCI插槽电源接入到AFDX板卡，图中IRF7413是一个N型MOS管，用于控制3.3V和5V的电源供应，而-12V和+12V电源由片上开关供应，所有的电压的上升时间可以达到一个可编程的速率，同时还有电源过流故障时的短路保护。PCI903

6、0的引脚BD_SEL#是CPCI接口中最小的插针之一，BD_SEL#连接LTC1643L的使能引脚，低电平时有效开启LTC1643L工作并同时给板卡供电。R10是一个0.018欧姆，0.5W，精度为1%的精密电阻，用于过流保护的电压检测电阻。当板卡发生故障导致电流超过额定值之后，R10两端的压差将增大，SENSE引脚将此过流信息反馈至LTC1643L电源管理器，同时切断电源供应，起到电源过流保护的功能。FPGA与PCI9030接口模块时序分析在PCI9030与本地FPGA之间的通信分为直接主模式（Direct

7、MasterMode）、直接从模式（DirectSlave6Mode）和DMA模式。由于PCI通信要AFDX网络的10M/100M通讯速率，这里采用直接从模式，工作时序如图3所示，PCI9030为主，FPGA为从。LHOLD为输出，声明使用本地地址数据总线，LHOLDA为本地总线申请使用成功的返回信号。LBE[3：0]#为本地总线使能控制引脚，这里选择32位宽的数据总线。LA[31：2]为地址总线，在本地总线申请使用成功信号返回且本地总线位宽使能有效后，开始输出地址信号。ADS#为起始信号，表明地址总线有效且

8、开始一个有效的总线访问，同时一个周期后就可以读数据或者写数据了，LW/R#低电平为读高电平为写。为了与PCI9030进行高效的数据通信，FPGA里面必须有相应的本地数据通信接口。WinDriver软件的驱动生产通过PLXMON软件对PCI9056的配置芯片进行配置后，可以利用Windows操作系统中WinDriver自动生成PCI驱动程序，步骤如下：首先启动WinDriverWizard，从开始菜单