电子发烧友网 > 通信网络 > 正文

实现带CPCI接口模块的AFDX终端通讯系统的设计

2020年02月05日 10:04 次阅读

1 、引言

本文在研究航空全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet,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。

2、 AFDX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。

实现带CPCI接口模块的AFDX终端通讯系统的设计

系统硬件架构图

2.1 CPCI接口模块

CPCI接口模块由2个部分组成,第一部分主要实现PCI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。

2.2 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PC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至其他标准航空以太网PHY设备中。

2.3 双冗余PHY物理接口

双冗余的PHY模块实现以太网物理层的接口功能,实现AFDX航空以太网的可靠性传输,FPGA内部的航空以太网MAC层通过MII接口与PHY连接,完成数据流的通信。MII (Media IndependentInterface 介质无关接口) 接口,即媒体独立接口,它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。它包括一个数据接口,以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。MII数据接口总共需要16个信号。管理接口是个双信号接口:一个是时钟信号,另一个是数据信号。通过管理接口,上层能监视和控制PHY.本设计中采用的是双PHY芯片共用一个25MHz的外部晶振提供工作时钟,这样可以保证双冗余的PHY完全工作同步。

3 、CPCI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。

实现带CPCI接口模块的AFDX终端通讯系统的设计

CPCI接口电源管理模块

PCI9030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。

4 、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 Master Mode)、直接从模式(Direct Slave Mode)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。

实现带CPCI接口模块的AFDX终端通讯系统的设计

PCI9030本地连接读写时序

5 、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WinDriver Wizard,从开始菜单,选择“程序 | WinDriver | Driver Wizard”;然后在Driver Wizard 菜单,单击“File | New Project”菜单来新建一个工程,从即插即用列表中选择显示卡,通过生产商的名字来选定。单击“Memory”标签。该显示卡的三个内存范围显示出来。内存范围中的BAR2映射的是FPGA内的RAM缓存块和专用寄存器,根据FPGA内核对这些缓存块和寄存器的可读写定义,可以在BAR2映射的区域里进行读写,若写进去的数值跟读出来的数值一致,表面CPCI接口通信正常。最后一步为生成驱动代码:单击“Build | Generate code”菜单, Driver Wizard 将产生操作硬件资源的函数,可以在用户模式下在应用程序中直接使用这些函数,这个向导还会产生一个样本程序来使用这些函数操作硬件,上层界面的开发可以直接调用这些API函数。

6 、总结

本论文中设计的带有CPCI接口的AFDX终端板卡通讯模块的设计,充分利用PCI总线传输速度快和CPCI接口支持热插拔的特点,使得设计能满足双冗余AFDX的高速数据传输,使用方便和设备体积相对较小,便于携带,该板卡已经实现AFDX通信协议并批量生产销售。此论文的研究为AFDX网络交换机的研发打下了良好的基础。

责任编辑:gt

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程

刚刚录制了一个fpga开发流程的视频,该视频为投石问路,主要是想听听大家对于小梅哥在录制视频时需要注意的内容以及希望系列
发烧友学院发表于 2016-03-24 00:00 37952次阅读
小梅哥FPGA设计思想与验证方法视频教程

在视频应用的新领域,CPU和FPGA或将胜过GP...

在视频行业繁荣发展的背后,离不开互联网技术的日新月异。其中,视频行业的创新更是其中的佼佼者:从商业模....
发表于 2020-02-04 17:31 28次阅读
在视频应用的新领域,CPU和FPGA或将胜过GP...

5G基站为什么需要使用不一样的电源模块

虽然数字IC在AI和异构的加持下闪耀光辉,但模拟IC特别是电源管理IC同样躬逢盛世。据预测到2026....
发表于 2020-02-03 11:55 345次阅读
5G基站为什么需要使用不一样的电源模块

关于自学FPGA就业

现在研二,觉得Verilog挺有意思的,就自学了FPGA,没做过项目,今年秋招就业,有什么FPGA的项目可以帮助自己...
发表于 2020-02-03 10:45 159次阅读
关于自学FPGA就业

【雨的FPGA笔记】基础实践-------IP核中RAM的使用

内容:        使用IP核中的RAM进行读写,数据位宽为32位 RAM读写模块输出给RAM模块...
发表于 2020-01-23 15:28 481次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------IP核中RAM的使用

基于FPGA的现Nios II嵌入式系统配置文件...

现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)是一种高密度....
发表于 2020-01-21 17:10 51次阅读
基于FPGA的现Nios II嵌入式系统配置文件...

EDA设计一般采用自顶向下的模块化设计方法

EDA(ElectrONic Design Automation)即电子设计自动化技术,是指以计算机....
发表于 2020-01-21 16:50 64次阅读
EDA设计一般采用自顶向下的模块化设计方法

大容量FPGA构成的多节点系统远程升级系统设计详...

多节点系统,在目前的很多电子系统应用场合都可以看到。这种多节点系统由于具有结构可扩展性、功能配置的灵....
发表于 2020-01-21 15:28 86次阅读
大容量FPGA构成的多节点系统远程升级系统设计详...

计算架构迎来黄金时代,水大鱼大、风高浪急的新十年...

这一个新十年,时代的“大”和“快”从数字的比较上是以前难以想象的。大数据雪崩爆发时,每一片雪花都是意....
发表于 2020-01-20 17:20 7607次阅读
计算架构迎来黄金时代,水大鱼大、风高浪急的新十年...

关于FPGA芯片结构的简单介绍

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列,....
发表于 2020-01-20 09:41 106次阅读
关于FPGA芯片结构的简单介绍

详细介绍基于HDL的FPGA开发流程

原理图和HDL(Hardware description language,硬件描述语言)是两种最常....
发表于 2020-01-20 09:35 403次阅读
详细介绍基于HDL的FPGA开发流程

FPGA的用途以及它与CPLD的不同之处

FPGA/CPLD能完成任何数字器件的功能,上至高性能CPU,下至简单的74电路,都可以用FPGA/....
发表于 2020-01-20 09:29 135次阅读
FPGA的用途以及它与CPLD的不同之处

从多角度来分析FPGA与CPLD的区别

CPLD主要是由可编程逻辑宏单元(LMC,LogicMacroCell)围绕中心的可编程互连矩阵单元....
发表于 2020-01-20 08:40 105次阅读
从多角度来分析FPGA与CPLD的区别

【雨的FPGA笔记】基础实践-------串口程序

内容        实现的是简单的PC机和FPGA的通信,实现一个简单的数据传回实验, 串口是按b...
发表于 2020-01-19 12:54 351次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------串口程序

FPGA的简介发展历和使用等基础知识讲解

随着云计算,大数据和人工智能技术应用,单靠CPU已经无法满足各行各业的算力需求。海量数据分析、机器学....
发表于 2020-01-19 10:15 328次阅读
FPGA的简介发展历和使用等基础知识讲解

matlab与FPGA无线通信、FPGA数字信号处理系列(4)—— Vivado DDS 与 FIR IP核设计 FIR 滤波器系统

本讲使用两个DDS产生待滤波的信号和matlab产生带滤波信号,结合FIR滤波器搭建一个信号产生及滤波的系统,并编写...
发表于 2020-01-18 22:05 363次阅读
matlab与FPGA无线通信、FPGA数字信号处理系列(4)—— Vivado DDS 与 FIR IP核设计 FIR 滤波器系统

Altera新发布一款多功能低成本的单芯片FPG...

一直以来,FPGA可编程器件都主要应用在通讯设备或工业控制等较为专业的应用领域,但随着不同行业使用需....
发表于 2020-01-17 16:33 533次阅读
Altera新发布一款多功能低成本的单芯片FPG...

详解FPGA的发展史和开发流程

随着云计算,大数据和人工智能技术应用,单靠CPU已经无法满足各行各业的算力需求。海量数据分析、机器学....
发表于 2020-01-16 17:26 172次阅读
详解FPGA的发展史和开发流程

固态电容的三大优势分析 如何区分固态电容和电解电...

区分固态电容和电解电容有一个很简单的方法,就是看电容顶部是否有”K“或”+“字形的开槽。固态电容是没....
发表于 2020-01-16 16:00 239次阅读
固态电容的三大优势分析 如何区分固态电容和电解电...

英特尔 Agilex和Xilinx ACAP的比...

I 与 M 系列确定可搭配 CXL 技术,显然英特尔的确有意推动 CXL 技术发展。而从产品规格观之....
发表于 2020-01-16 15:55 86次阅读
英特尔 Agilex和Xilinx ACAP的比...

Altera非易失MAX 10 FPGA如何为空...

非易失性FPGA以其低功耗、高性价比的特点在低成本FPGA市场中展露潜力。据Altera公司产品营销....
发表于 2020-01-16 10:12 318次阅读
Altera非易失MAX 10 FPGA如何为空...

基于DSP+FPGA技术的TD-SCDMA基带发...

和传统的CDMA系统相比,第三代移动通信的最大特点在于能支持多种速率的业务,从话音到分组数据,再到多....
发表于 2020-01-16 09:16 424次阅读
基于DSP+FPGA技术的TD-SCDMA基带发...

FPGA对比 ASIC你看好谁?

FPGA vs. ASIC 你看好谁?
发表于 2020-01-15 16:10 491次阅读
FPGA对比 ASIC你看好谁?

采用双闭环PI和重复控制方案实现三相逆变器设计并...

本文利采用双闭环PI和重复控制相结合的控制方案,首先用双闭环PI控制算法,得到高动态特性的三相交流电....
发表于 2020-01-14 16:36 282次阅读
采用双闭环PI和重复控制方案实现三相逆变器设计并...

在FPGA硬件平台通过采用DDS技术实现跳频系统...

DDS的原理如图1所示,包含相位累加器、波形存储器(ROM)、数模转换器(DAC)和低通滤波器4个部....
发表于 2020-01-14 16:27 1102次阅读
在FPGA硬件平台通过采用DDS技术实现跳频系统...

Altera FPGA硬核浮点DSP模块解决方案...

以往FPGA在进行浮点运算时,为符合IEEE 754标准,每次运算都需要去归一化和归一化步骤,导致了....
发表于 2020-01-14 16:19 221次阅读
Altera FPGA硬核浮点DSP模块解决方案...

全球最大FPGA的问世将给IC设计带来便利

英特尔公司在京发布了Stratix 10 GX 10M FPGA,这款拥有1020万个逻辑单元的产品....
发表于 2020-01-14 16:11 218次阅读
全球最大FPGA的问世将给IC设计带来便利

英特尔与赛灵思的竞争使得FPGA进入黄金时代

目前,赛灵思和英特尔的FPGA市场竞逐角力,一来一往、有输有赢。鉴于双方都有不俗的实力,可以预计,未....
发表于 2020-01-14 16:07 202次阅读
英特尔与赛灵思的竞争使得FPGA进入黄金时代

英特尔与赛灵思的竞争将会研制更强大的FPGA器件

FPGA芯片比CPU更快,比GPU功耗更低、延时更短,且比ASIC更加便宜、周期更短,因此在目前人工....
发表于 2020-01-14 16:03 209次阅读
英特尔与赛灵思的竞争将会研制更强大的FPGA器件

如何利用FPAG开发板搭建LEON2 SOC开发...

随着IC制造工艺水平的快速发展,片上系统(SOC)在ASIC设计中得到广泛应用。微处理器IP核是SO....
发表于 2020-01-14 16:00 182次阅读
如何利用FPAG开发板搭建LEON2 SOC开发...

北京微电子技术研究所成功研制出了高可靠多通道混合...

据悉,该产品已形成针对多通道智能传感器信号处理的集成解决方案,实现了单一封装内智能传感器模拟数字信号....
发表于 2020-01-14 11:36 226次阅读
北京微电子技术研究所成功研制出了高可靠多通道混合...

基于fpga的电源设计

我现在没有一个具体的方案 谁能给我个提示一下 比如 fpga从哪入手(fpga一点不会) 具体的电路应该分为哪几个模块 单...
发表于 2020-01-13 23:30 425次阅读
基于fpga的电源设计

【雨的FPGA笔记】基础实践-------IP核中PLL的使用

PLL锁相环,可以对时钟网络进行系统级的时钟管理和偏移控制,具有时钟倍频和分频,相位偏移和可编程占空比的功能。...
发表于 2020-01-13 19:13 306次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------IP核中PLL的使用

采用FPGA器件实现GPS数据加密系统中机载模块...

针对GPS测量系统数据传输过程中的安全问题,采用FPGA技术设计了GPS数据加密系统。系统移植MD5....
发表于 2020-01-13 17:00 220次阅读
采用FPGA器件实现GPS数据加密系统中机载模块...

【雨的FPGA笔记】基础实践-------ModelSim手动仿真

基于流水灯的ModelSIm软件仿真为例子                 ...
发表于 2020-01-13 16:34 816次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------ModelSim手动仿真

关于异构计算FPGA基础知识的详细介绍

随着云计算,大数据和人工智能技术应用,单靠 CPU 已经无法满足各行各业的算力需求。
发表于 2020-01-13 15:15 165次阅读
关于异构计算FPGA基础知识的详细介绍

【高手问答】资深工程师为你解答工程与产品设计上的...

本期我们邀请到了资深工程师白纪龙@白老大大,也是许多坛友熟知的白老师,他将为我们解答大家在PCB设计....
发表于 2020-01-13 09:39 0次阅读
【高手问答】资深工程师为你解答工程与产品设计上的...

【雨的FPGA笔记】基础实践-------呼吸灯设计和实现

呼吸灯设计和实现 内容 一个周期为1s的呼吸灯,从熄灭到完全点亮一共需要1s。 将1s分为1000个1ms作为呼吸...
发表于 2020-01-12 19:50 459次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------呼吸灯设计和实现

如何简单快速的实现嵌入式FPGA

Achronix Semiconductor 营销副总裁 Steve Mensor 表示,这款被称为....
发表于 2020-01-12 10:56 653次阅读
如何简单快速的实现嵌入式FPGA

如何用FPGA测量数字正弦波的频率?

如何用FPGA测量数字正弦波的频率
发表于 2020-01-11 22:27 370次阅读
如何用FPGA测量数字正弦波的频率?

【雨的FPGA笔记】基础实践-------按键控制LED和BEEP设计和实现

设计内容        按KEY0时点亮最右边的灯,按动按键KEY1时依次往左移动,按下KEY2时关...
发表于 2020-01-11 12:47 322次阅读
【雨的FPGA笔记】基础实践-------按键控制LED和BEEP设计和实现

FPGA的行业优势以及它与DSP的区别分析

FPGA的优势有三个方面:1)通信高速接口设计。FPGA可以用来做高速信号处理,一般如果AD采样率高....
发表于 2020-01-10 15:46 280次阅读
FPGA的行业优势以及它与DSP的区别分析

hdmi矩阵切换器采用FPGA纯硬件架构方案

hdmi矩阵切换器在众多的领域中有着广泛的运用,对于不同的运用场合和需求,有着许多不同的方案,而dm....
发表于 2020-01-10 15:43 193次阅读
hdmi矩阵切换器采用FPGA纯硬件架构方案

关于Xilinx FPGA内部体系结构的分析

Xilinx的FPGA的基本结构是一样的,主要由6部分组成,分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻....
发表于 2020-01-10 15:39 308次阅读
关于Xilinx FPGA内部体系结构的分析

深维科技荣获北航全球创新创业大赛二等奖

经过初赛、复赛的激烈对决和层层选拔,深维科技参赛项目“超高性能数据中心FPGA异构计算加速解决方案”....
发表于 2020-01-10 09:28 133次阅读
深维科技荣获北航全球创新创业大赛二等奖

LVDS技术的应用优势及基于FPGA实现远端显示...

LVDS接口又称RS-644总线接口,是20世纪90年代出现的一种数据传输和接口技术。LVDS是一种....
发表于 2020-01-08 16:40 877次阅读
LVDS技术的应用优势及基于FPGA实现远端显示...

帧同步系统的工作原理及如何基于FPGA实现其设计

实现帧同步的关键是把同步码从一帧帧数据流中提取出来。本设计的一帧信码由39位码元组成。其中的巴克码为....
发表于 2020-01-08 16:30 2337次阅读
帧同步系统的工作原理及如何基于FPGA实现其设计

英特尔新发布Stratix 10,为可编程四核A...

FPGA在高度并行、大吞吐量数字信号处理(DSP)应用方面享有很好的声誉。过去几代FPGA器件一直稳....
发表于 2020-01-08 15:32 368次阅读
英特尔新发布Stratix 10,为可编程四核A...

XP Power推出新款30W DC-DC电源模...

该系列共有22个电压模块可选,从0-200VDC到0-6KVDC的全可控输出在正负极都有。22至30....
发表于 2020-01-08 15:14 360次阅读
XP Power推出新款30W DC-DC电源模...

FPGA的发展瓶颈有哪些,该如何解决

据Semico统计,FPGA市场正在逐年增长,而复合年均增长率高达38.4%,至2023年将具有55....
发表于 2020-01-07 15:23 295次阅读
FPGA的发展瓶颈有哪些,该如何解决

FPGA和GPU在深度神经网络方面谁更胜一筹

在今天的大数据时代,企业和消费者被各种来源的海量数据淹没,包括商业交易、社交媒体以及传感器或机器对机....
发表于 2020-01-07 15:08 346次阅读
FPGA和GPU在深度神经网络方面谁更胜一筹

FPGA中面积换速度该如何去实现

在FPGA中,如果要将一个采样率为480MHz,中频频率为302.5MHz的信号变频到零中频的基带信....
发表于 2020-01-07 14:45 122次阅读
FPGA中面积换速度该如何去实现

安路科技文余波:站在历史的关口,国产FPGA当自...

安路科技总经理文余波在接受采访时表示,安路科技能在FPGA市场上实现过亿的销售,证明了公司一直以来强....
发表于 2020-01-07 13:59 231次阅读
安路科技文余波:站在历史的关口,国产FPGA当自...

英特尔Stratix 10 GX 10M FPG...

现场可编程门阵列(FPGA)的优势就是能够制造功能强大的芯片,可重复单元设计的性质,能够吸收工艺技术....
发表于 2020-01-06 15:31 132次阅读
英特尔Stratix 10 GX 10M FPG...

FPGA和GPU的市场竞争,谁才是未来的大局所向

一直以来,FPGA 的主要应用领域是电子工程。但当英特尔完成对 Altera(Altera 是最大的....
发表于 2020-01-06 15:26 170次阅读
FPGA和GPU的市场竞争,谁才是未来的大局所向

介绍FPGA中testbench的编写技巧

原来模块中的输入信号,定义成reg 类型,原来模块中的输出信号,定义为wire类型,但这里有个问题,....
发表于 2020-01-06 14:52 135次阅读
介绍FPGA中testbench的编写技巧

高云半导体成功量产Always-On超低功耗GW...

高云半导体基于超低功耗的非易失FPGA GW1NZ-ZV器件现已全面量产,此产品是迄今为止功耗最低的....
发表于 2020-01-06 10:29 221次阅读
高云半导体成功量产Always-On超低功耗GW...