PCI總線智能GJB289A仿真卡的設(shè)計(jì)

虛擬仿真系統(tǒng)模擬GJB289A總線設(shè)備，需要收發(fā)大量的GJB289A總線數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的處理方式是通過GJB289A總線PCI通訊卡將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由上位機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后上位機(jī)再將處理結(jié)果通過PCI卡傳輸?shù)紾JB289A總線上，這種方式影響虛擬仿真系統(tǒng)仿真效率，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不好。此外，傳統(tǒng)的GJB289A總線仿真卡處理器程序固定，不能滿足不同處理算法的需要。PCI總線智能GJB289A仿真卡實(shí)時(shí)處理GJB289A 總線數(shù)據(jù)，無需將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到上位機(jī)，提高數(shù)據(jù)處理速度，增強(qiáng)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。用戶能夠根據(jù)需要，在線加載DSP程序，更新數(shù)據(jù)處理算法，以適應(yīng)不同處理算法的需要。增強(qiáng)了仿真卡的靈活性。

1 主要功能及指標(biāo)

PCI總線智能GJB289A仿真卡主要具備以下功能及指標(biāo)：

CPU主頻：600 MHz，處理速度為9 600 MIPS；
緩存空間：SDRAM空間為16 MB；
PCI接口：總線寬度32 b、速率33 MHz；
GJB289A接口：雙冗余模擬收發(fā)，具備RT／BC／MT，傳輸速率為1 Mb／s；
在線加載DSP程序。

2 硬件設(shè)計(jì)

由分析設(shè)計(jì)要求，在此提出基于TMS320DM642為核心的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括DSP及外圍電路設(shè)計(jì)、GJB289A接口邏輯設(shè)計(jì)、GJB289A總線模擬收發(fā)器設(shè)計(jì)。

2．1 DSP及外圍電路設(shè)計(jì)

TI公司的TMS320DM642是一款主頻為600 MHz，32位定點(diǎn)的高性能DSP，片內(nèi)集成PCI2．2協(xié)議模塊，支持主／從模式的DMA數(shù)據(jù)傳輸。相較于采用專用PCI接口芯片或者FPGA等方式實(shí)現(xiàn)，開發(fā)方式簡單，成本低。

DM642通過EMIFA與SDRAM和FLASH芯片相連，其中2片64 Mb的SDRAM，作為仿真卡的數(shù)據(jù)緩存空間，F(xiàn)LASH作為程序空間。通過設(shè)置Boot模式選擇程序從PCI接口還是EMIFA接口加載。當(dāng)從PCI接口加載時(shí)，用戶可以動(dòng)態(tài)加載DSP程序，當(dāng)從EMIFA接口加載時(shí)，用戶可以將固化好的程序?qū)懭隖LASH中，由Bootloader引導(dǎo)程序的自啟動(dòng)。

2．2 GJB289A接口設(shè)計(jì)

GJB289A-97總線是國內(nèi)在研究為人熟知的MILSTD-1553B總線的基礎(chǔ)上制定出來的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)，全稱“數(shù)字式時(shí)分制指令／響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線”，由于其具有極高的可靠性，因而在航空、航天、軍事等領(lǐng)域的電子聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。目前GJB289A協(xié)議模塊較多由國外的高級(jí) 1553B協(xié)議處理芯片BU61580實(shí)現(xiàn)。在此GJB289A接口協(xié)議模塊由FPGA邏輯實(shí)現(xiàn)，代替原有的協(xié)議芯片，節(jié)約了系統(tǒng)成本，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

FPGA邏輯包括曼徹斯特編解碼單元、協(xié)議處理模塊、數(shù)據(jù)緩沖FIFO、寄存器控制等。邏輯框圖如圖1所示。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將已有的并行數(shù)據(jù)在系統(tǒng)的控制下，經(jīng)過并／串轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為并行的曼徹斯特編碼，依次以符合1553B協(xié)議的消息的方式發(fā)出。在BC或者RT模式下接收數(shù)據(jù)時(shí)，模擬收發(fā)器接收曼徹斯特Ⅱ編碼的串行數(shù)據(jù)，通過曼徹斯特解碼器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)鐘的提取，同步頭檢出，數(shù)據(jù)檢出，曼徹斯特Ⅱ碼錯(cuò)誤檢出，奇偶校驗(yàn)，位／字計(jì)數(shù)以及數(shù)據(jù)的串／并轉(zhuǎn)換功能。

2．3 模擬收發(fā)器設(shè)計(jì)

模擬發(fā)送器是將FPGA輸出的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為滿足協(xié)議要求電氣特性的信號(hào)傳輸?shù)诫娎|上，并提供一定的功率使發(fā)送信號(hào)順利被接受方正確接收。模擬接收器是將在總線電纜上雙極性電平的信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以直接接入FPGA的TTL電平信號(hào)，且信號(hào)的失真應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi)以使得通信過程正確。目前GJB289A總線模擬收發(fā)器較多由國外的HI-1573總線驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)，在此設(shè)計(jì)了模擬收發(fā)器電路，可以代替1573芯片。模擬發(fā)送部分電路如圖2所示，由FPGA直接生成的TTL電平信號(hào)從電路的左端輸入，輸入的信號(hào)為單極性的曼徹斯特Ⅱ型編碼，信號(hào)差分輸出。圖中的兩個(gè)PNP型三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，R1為基極偏置電阻，R2為集電極負(fù)載，二極管起保護(hù)作用。右端的隔離變壓器將信號(hào)放大輸入到總線電纜。總線驅(qū)動(dòng)器的接收部分電路如圖3所示，總線電纜上的信號(hào)從右端的隔離變壓器輸入，通過隔離變壓器電平轉(zhuǎn)換后到達(dá)高速比較器，信號(hào)高于門檻電壓時(shí)比較器輸出高電平；信號(hào)低于門檻電壓時(shí)比較器輸出低電平。最終變?yōu)閮陕稵TL電平的差分信號(hào)輸入FPGA中做進(jìn)一步處理。

TI公司TMS320C6000系列DSP程序主要的加載方式：一種是由EMIF接口引導(dǎo)程序加載，程序代碼、數(shù)據(jù)存放在外擴(kuò)的FLASH中，這種方式加載的DSP程序是固定的，不能支持在線更新；另一種是由PCI接口引導(dǎo)，主機(jī)通過PCI接口可以訪問DSP片內(nèi)片外存儲(chǔ)單元，將程序代碼寫入DSP片內(nèi) RAM區(qū)，復(fù)位DSP時(shí)，程序即開始從地址O執(zhí)行。這種方式可以在線加載DSP程序，更新處理算法，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，所以本系統(tǒng)采用PCI接口加載方式。

3 DSP程序在線加載方法

用戶在主程序框架內(nèi)添加算法函數(shù)，再通過上位機(jī)軟件，自動(dòng)調(diào)用TI公司C編譯器c16x．exe、匯編器asm6x．exe和連接器link6x．exe 殼程序，將C代碼編譯連接生成可執(zhí)行的out文件。主機(jī)PCI接口的加載方式，需要將可執(zhí)行的目標(biāo)代碼．out文件轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制．hex文件，再寫入到 DSP的內(nèi)部RAM空間。具體加載流程如圖4所示。

在調(diào)用16進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具時(shí)，需要指定調(diào)用16進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具的命令行選項(xiàng)和文件名，為此創(chuàng)建一個(gè)批處理文件，內(nèi)容如下：

通過上述方法將out文件轉(zhuǎn)換成hex文件，上位機(jī)程序讀取hex文件內(nèi)容為文本形式的ASCII，每8個(gè)字符為一組存入數(shù)組中。TIC6000系列DSP的PCI加載引導(dǎo)操作順序：首先通過地址總線的A21、A22引腳配置選擇PCI Boot模式。上位機(jī)通過驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置要訪問的存儲(chǔ)器、I／O空間和DSPP寄存器。將存有hex內(nèi)容的數(shù)組寫入到DSP的內(nèi)部RAM區(qū)。然后向HDCR寄存器的DSPINT位寫1，DSP開始從地址O開始。如圖5所示。

下面為演示實(shí)例，運(yùn)行上位機(jī)軟件，調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)庫，對(duì)PCI仿真卡進(jìn)行初始化設(shè)置，初始化完成后將hex內(nèi)容寫入DSP存儲(chǔ)空間，加載前，DSP內(nèi)部RAM內(nèi)容，通過調(diào)用16進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具，將DSP程序可執(zhí)行目標(biāo)文件out轉(zhuǎn)換為hex文件，其內(nèi)容為：

加載前后DSP內(nèi)部RAM內(nèi)容如圖6、圖7所示。

從實(shí)例可以看出，經(jīng)過上述加載方式，完成了DSP程序的在線加載，更新了DSP程序，滿足了不同數(shù)據(jù)處理算法的需要。

4 結(jié)語

介紹了一種基于DM642的PCI總線GJB289A智能仿真卡的設(shè)計(jì)方法，采用高速DSP DM642作為主控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GJB289A總線數(shù)據(jù)的快速處理；在FPGA中實(shí)現(xiàn)GIB289A總線協(xié)議，設(shè)計(jì)了模擬收發(fā)器電路，替換國外芯片，減少了對(duì)國外芯片的依賴性，并節(jié)約了成本。在軟件方面，采用PCI總線在線加載技術(shù)，實(shí)時(shí)更新DSP數(shù)據(jù)處理算法，能夠適應(yīng)不同處理算法的需要。目前在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用，表明該仿真卡設(shè)計(jì)正確，工作穩(wěn)定可靠。