基于PXI技術(shù)的1553B總線通訊模塊的設(shè)計(jì)

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(cè)試帶有1553B總線接口的電子設(shè)備 與系統(tǒng)，通常需要在測(cè)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(cè)控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。PXI-1553B模塊可用于PXI總線 測(cè)試系統(tǒng)與1553B設(shè)備的通訊，完成對(duì)帶有1553B接口設(shè)備 的測(cè)試，因此設(shè)計(jì)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(gè)BC （總線控制器），0?31個(gè)RT （遠(yuǎn)程終 端），1個(gè)MT（總線監(jiān)視器）；

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

提供Windows XP操作系統(tǒng)程序支持，包括驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài) 鏈接庫(kù)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(chǔ)器、時(shí)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(lái)實(shí) 現(xiàn)1553B接口通信，包括信號(hào)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(shí)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(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)和緩沖命令和信息（數(shù)據(jù)）；時(shí)鐘用來(lái)提供 FPGA和PXI總線控制器所需的時(shí)鐘。

3基于PXI技術(shù)的1553B總線通訊的實(shí)現(xiàn)

3.1 PXI總線通信的實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用芯片PCI9054實(shí)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(guò)片內(nèi)邏輯控制，將 PXI的地址線和數(shù)據(jù)線分開(kāi)，從而為本地總線的各種操作提 供良好的工作時(shí)序。

系統(tǒng)上電復(fù)位后，PCI9054讀取其外部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)對(duì) 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(lái)加載。E2PROM的配置采用在線燒錄的方 式，運(yùn)行PLXMON軟件，可以識(shí)別到PXI總線通訊模塊的設(shè) 備號(hào)為9054，設(shè)備標(biāo)志號(hào)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(gè)地 址空間若要被PXI總線訪問(wèn)，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(shí)，系統(tǒng)對(duì)PXI基地址寄 存器寫入全1，然后回讀，返回設(shè)備申請(qǐng)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(wèn)本地總線的操作，PCI9O54通 過(guò)一個(gè)16字長(zhǎng)PXI從模式讀FIFO和一個(gè)32字長(zhǎng)PXI從模 式寫FIFO,來(lái)實(shí)現(xiàn)從PXI總線到本地總線的突發(fā)存儲(chǔ)器映射 訪問(wèn)和IO映射訪問(wèn)。

3.2驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)

驅(qū)動(dòng)程序用WinDriver軟件開(kāi)發(fā)，運(yùn)行Driverwizard程 序，創(chuàng)建新的驅(qū)動(dòng)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(dòng)文件的信息，操作系統(tǒng)通過(guò)INF文件就可以找到設(shè)備的驅(qū) 動(dòng)程序叫

進(jìn)入PXI通訊模塊的資源對(duì)話框，可以查看并修改PXI 通訊模塊的存儲(chǔ)器空間、I?？臻g、寄存器等內(nèi)容，并可以 監(jiān)聽(tīng)中斷，在Visual C++開(kāi)發(fā)環(huán)境中生成驅(qū)動(dòng)程序框架代 碼，包括M1553_diag.dsw、M1553_diag.dsp兩個(gè)工程文件與 M1553_lib.c、M1553_lib.h、M1553_diag.c 三個(gè)文件，M1553_ lib.c是設(shè)備的應(yīng)用程序級(jí)API函數(shù)文件，定義了訪問(wèn)所有PXI 設(shè)備資源(包括存儲(chǔ)器讀寫、IO讀寫、寄存器操作、中斷處理等) 所需的庫(kù)函數(shù)，可以直接調(diào)用這些標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件 的操作和訪問(wèn)，M1553_lib.h文件是上述庫(kù)函數(shù)所需的頭文件, M1553_diag.c是基于控制臺(tái)的設(shè)備診斷程序，在程序中使用 了文件M1553_lib.c中的庫(kù)函數(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作。根據(jù) 應(yīng)用情況對(duì)上述三個(gè)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(dòng)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(chǔ)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(lái)尋址4個(gè)塊的地址空間。每塊內(nèi)部又是一個(gè)存儲(chǔ) 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(chǔ)結(jié)構(gòu)，SDRAM操作指令比較多，SDRAM的操作是通 過(guò)RAS, CAS及WE給出的總線命令來(lái)控制的［6］。

SDRAM在上電后須對(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)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(shí)間內(nèi)對(duì)每一個(gè)單元都進(jìn)行刷 新。刷新命令一次只對(duì)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(shí)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(cuò)誤檢測(cè)及發(fā)送中斷信號(hào)等，并要為其余模塊發(fā)送相應(yīng)控 制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)管理單元控制，檢錯(cuò)控制，命令字發(fā)送及狀態(tài) 字設(shè)置，發(fā)送器控制與時(shí)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(duì) 命令字或狀態(tài)字進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)其它 模塊的控制，如對(duì)數(shù)據(jù)控制部分，存儲(chǔ)管理控制部分，檢錯(cuò) 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(chǔ)管理單元包括消息隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、存儲(chǔ) 空間的規(guī)劃(包括總線控制器BC，多個(gè)遠(yuǎn)程終端RT,總線 監(jiān)視器MT)和讀寫控制邏輯(控制過(guò)程)設(shè)計(jì)三方面，對(duì) SDRAM進(jìn)行存儲(chǔ)資源分配并對(duì)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(cuò)控制模塊用于檢測(cè)消息傳輸過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤, 包括字計(jì)數(shù)檢測(cè)及RT響應(yīng)超時(shí)檢測(cè)，并根據(jù)其它模塊檢測(cè) 到的RT地址錯(cuò)誤、奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤和位計(jì)數(shù)錯(cuò)誤等產(chǎn)生中斷信 號(hào)。

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

發(fā)送器控制模塊針對(duì)不同的工作方式選擇需要發(fā)送 的信息。

時(shí)鐘產(chǎn)生對(duì)外部輸入時(shí)鐘進(jìn)行處理產(chǎn)生不同頻率的 時(shí)鐘，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)計(jì)數(shù)器，對(duì)外部輸入時(shí)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(gè)RT 與MT各自功能的實(shí)現(xiàn)，并要對(duì)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(jiàn)圖3。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于 PXI 技術(shù)的 1553B 總線通訊模塊的成功開(kāi)發(fā)，掌握了 PXI 總線通訊的核心技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法，解決了 PXI 總線接口設(shè)計(jì)、SDRAM 存儲(chǔ)器的控制和 1553B 總線通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)，為航空領(lǐng)域測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和搭建 PXI 測(cè)控平臺(tái)提供了技術(shù)借鑒，在簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)節(jié)約了成本。

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