基于CPCI接口的SpaceWire總線(xiàn)通訊模塊設計

作者：彭杰董文岳蔣曉華代威威時(shí)間：2014-05-27 來(lái)源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：本文在對SpaceWire總線(xiàn)協(xié)議、SpaceWire節點(diǎn)的總體框架進(jìn)行深入分析的基礎上,設計了支持熱插拔的基于CPCI接口的高速SpaceWire數據總線(xiàn)的節點(diǎn)通訊板卡的硬件系統，重點(diǎn)介紹了支持熱插拔的CPCI接口電源電路分析、FPGA與PCI9056接口模塊時(shí)序分析和在Windriver軟件環(huán)境下的驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，為SpaceWire上位機底層驅動(dòng)接口的開(kāi)發(fā)以及今后SpaceWire總線(xiàn)在其它任務(wù)中的應用打下了良好的基礎。

　　引言

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/247468.htm

　　隨著(zhù)航天技術(shù)的進(jìn)步和衛星與高空探測技術(shù)的發(fā)展, 需要一種高速、可擴展、低功耗、低成本的通用通訊鏈路接口來(lái)滿(mǎn)足星載高速數據傳輸要求。SpaceWire 總線(xiàn)標準就是一種高速的、點(diǎn)對點(diǎn)、全雙工的串行總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ), 以IEEE1355-1995和LVDS 兩個(gè)商業(yè)標準相結合而提出的一種星載數據總線(xiàn)。本文在研究SpaceWire 總線(xiàn)協(xié)議的基礎上，分析了基于CPCI接口的SpaceWire節點(diǎn)通訊板卡的硬件實(shí)現架構，并著(zhù)重分析CPCI接口電路電源管理功能、PCI橋接電路以及上位機軟件驅動(dòng)的生成原理。

　　1 SpaceWire概述

　　SpaceWire 是為更好地滿(mǎn)足星載設備間高速數據傳輸需求而提出一種高速的(2Mbit/s至400Mbit/s，目前實(shí)現的宇航級節點(diǎn)設備之間的速度為200Mbit/s)、點(diǎn)對點(diǎn)、全雙工的串行總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在2003年1月正式成為歐空局標準。它的提出主要致力于航天器內有效載荷系統數據和控制信息的處理, 以滿(mǎn)足未來(lái)高性能高速數據傳輸為目標, 提供了一種統一的用來(lái)連接傳感器、數據處理單元、大容量存儲器、遙測子系統以及電地支持設備EGSE ( electronic ground support equipment ) 的基礎架構。

　　SpaceWire 標準具體包括了鏈路、節點(diǎn)和路由三方面的內容。本文著(zhù)重討論節點(diǎn)的功能，所謂SpaceWire 節點(diǎn), 是指傳輸包的流出設備或者流向設備, 可以是處理器、存儲單元、傳感器、電地支持設備( EGSE ) 或連接在SpaceWire總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上的其它單元。

　　2 SpaceWire節點(diǎn)通訊板卡硬件設計

　　EMBC1000-CPCISPW是歐比特公司自主研制的完全遵循并實(shí)現ECSS-E-ST-50-12C協(xié)議規范的航天設備間的高速SpaceWire數據總線(xiàn)的，支持熱插拔的CPCI接口的節點(diǎn)終端通訊板卡(本板卡實(shí)現了200Mbit/s的速率)。此SpaceWire總線(xiàn)節點(diǎn)通訊板卡可以嵌入在航天子系統中，將航天子系統中與其它SpaceWire網(wǎng)絡(luò )之間連接，保證航天子系統之間高速、實(shí)時(shí)、確定、可靠地進(jìn)行數據交換。硬件架構如圖l所示，分為FPGA控制模塊、CPCI接口電源管理模塊、MDM9S接口模塊和SRAM緩存模塊。各模塊的功能如下：

　　FPGA控制模塊：FPGA采用Altera公司的EP3C55F484I7N芯片，時(shí)鐘頻率采用80MHz，同時(shí)為了實(shí)現SpaceWire總線(xiàn)傳輸速率，FPGA內部采用了PLL對時(shí)鐘進(jìn)行了分頻，實(shí)現4路SpaceWire總線(xiàn)通信協(xié)議接口功能，硬件實(shí)現LVDS信號傳輸，實(shí)現數據通訊過(guò)程中產(chǎn)生的大量數據實(shí)現緩存并與PCI9056通信接口等功能;

　　SRAM緩存器：4M字節的SRAM用于實(shí)現存儲SPW總線(xiàn)收發(fā)機制中產(chǎn)生的大容量高速數據的緩存功能;

　　MDM9S接口模塊：MDM9S接口實(shí)現FPGA的LVDS信號與外部SPW設備之間的接口功能;

　　PCI接口模塊：實(shí)現PCI總線(xiàn)的接口協(xié)議功能，通過(guò)CPCI接口實(shí)現FPGA與上位機軟件間進(jìn)行數據的通信，同時(shí)實(shí)現支持熱插拔的板卡的電源管理功能;

　　電源管理模塊：與PCI9056芯片以及CPCI接口共同完成設備的電源熱插拔功能。

　　3 CPCI接口電源電路分析

　　PCI設備的熱插拔功能主要用于具備CPCI接口的裝置，熱插拔功能允許板卡隨意從設備中插拔而不影響裝置操作系統的正常運行。電源芯片電路如圖2所示，LTC1643L是一個(gè)允許CPCI型設備進(jìn)行安全插入和拔出的電源管理控制器，將系統的CPCI插槽電源接入到SpaceWire板卡，圖中IRF7413是一個(gè)N型MOS管，用于控制3.3V和5V的電源通斷供應，而-12V和+12V電源由片上開(kāi)關(guān)供應，所有的電壓的上升時(shí)間可以達到一個(gè)可編程的速率，同時(shí)該芯片還具備電源過(guò)流故障時(shí)的短路保護。