接口電路的硬件設計電科論文

1.1 研究工作背景

總線是支持計算機及微處理器各模塊間信息傳輸的公共通道,也是與外界進行數據交換的接口,一般包括數據、地址、控制等信號。總線技術包括通道控制功能、使用方法、仲裁方法和傳輸方式等,系統地研製和外圍模塊的開發都必須服從一定的總線規範。在總線結構中,局部總線的發展最令人矚目,目前應用比較廣泛的局部總線是PCI總線,但是存在一定的侷限性,如果數據在通過PCI總線時,延遲時間過長(即便帶寬滿足),系統將崩潰。這種問題通常可以通過增加緩存來解決,但這種解決方法並不能從根本上解決問題,PCI總線的侷限性還在於不能夠脫離主機獨立工作。

隨着電子技術的發展,越來越多的系統需要大量的數據傳輸,此時單板系統已不能滿足要求,需要多板來共同實現,因此數據的板間傳輸就顯得尤爲重要,而FPDP總線可提供兩塊或多塊VME總線板之間的高速數據傳輸,其數據傳輸率最高可達160MB/s,在一個單獨的VME板上也可以有多個FPDP總線進行信息傳輸。在多板系統中,應用VITA標準中的FPDP總線,必將提高系統的數據傳輸能力。

FPDP總線是VME工業標準化組織制定的傳輸高速數據的總線標準,是提高系統數據吞吐能力的一種手段。在信號處理系統中,利用FPDP總線將系統前置處理的數據,高速傳輸到信號處理板,必將充分發揮DSP的功能,提高系統的數據輸入/輸出能力[1]。

1.2 FPDP總線技術及其發展

FPDP是一個在板卡之間直接傳輸數據的系統,具有良好的帶寬和延時特徵,適用於高端實時的DSP系統。現在最流行的標準協議是VME、ISA、PCI,這些協議都依賴於共享的底板上的總線,共享意味着爭奪有限的底板資源,它們不是以帶寬保留和保證延時的概念開發出來的。因此嘗試利用這些標準協議實現高端實時的DSP系統會出現衝突和失敗。所以在許多場合設計者想設計一個專門的通道,相當於一個邊帶總線來傳輸特定的數據,這時FPDP總線就應運而生了。

FPDP總線標準由VME工業標準化組織制定,能夠在VME或VXI總線插板之間進行高速的數據傳輸,該總線也可以作爲其它類型總線插板的局部數據傳輸總線。

FPDP總線應用範圍廣泛,特別是在高速數據採集系統中,現在許多高速數據採集系統會碰到數據採集和要求把大量採集的數據實時送到處理板上進行處理的問題,由於在實際應用中,數據採集和數據處理往往是分開的,一塊是數據採集卡,另一塊是數據處理卡,兩塊板卡之間是獨立的,若利用計算機現有的總線標準進行數據傳輸,如PCI,VME等總線,存在兩個問題:一是若利用這些標準,就必須將兩塊板卡放在同一臺主機裏,而一臺主機的總線資源是有限的,難免會出現資源爭奪,帶寬不能滿足要求,故不能滿足數據實時處理的要求;二是在實際有些情況下,必須將一臺主機的數據傳到另一臺主機進行處理,若利用現有的計算機總線標準肯定不能滿足要求,這時用FPDP總線將數據從採集卡傳輸到處理卡就能很好地滿足高速數據採集系統的要求,因爲它不佔用底板或主機的總線資源。基於FPDP的數據採集系統,可廣泛應用於航空航天、地震監測、石油勘探、醫療設備、聲納等數字信號處理設備中。

FPDP總線傳輸需要相應的傳輸協議。一般總線的傳輸協議分爲同步傳輸協議和異步傳輸協議兩種類型。同步協議很簡單但是太嚴格,靈活性差;相反,異步協議能適合任何一種時序要求,但命令模塊和響應模塊需使用較多的控制線,接口比較複雜。準同步協議是一種折衷,不做說明時系統按同步規則運行,當明確要求異步操作時採用異步協議。在一個複雜的總線系統中,微處理器之類的主設備通常利用同步協議進行大批量的、時間相對確定的數據傳輸,而底板則採用異步協議。VXI總線是採用異步信號交換聯絡協議的.全並行總線,每次信息傳輸由判優、尋址和數據傳輸組成,信息傳輸的速率由VXI總線上反應最慢的模塊決定。在雷達信號處理等需要進行大量快速的數據傳輸的場合,就需要在VXI總線插板上採用高速的局部總線。局部總線有兩種方式供選擇,一種是加背板,另一種是利用前面板扁平電纜。FPDP總線就是採用後一種方式的高速同步局部總線,它不僅適用於插板之間的數據傳輸,而且可以支持兩個VXI機箱之間的數據傳輸[2]。

FPDP總線是一種全並行的32位同步總線,由於不提供任何地址信息,因此FPDP總線上的數據可被多個插板使用。在採用PECL時鐘的情況下,FPDP總線能夠在兩個或多個VXI插板之間以每秒160MB的速率進行數據傳輸。FPDP總線是一種單向總線,爲了能夠進行雙向的數據傳輸,系統內需要設置兩套或兩套以上的FPDP總線[3]。

FPDP總線協議遵循ISO參考模型[2],對最低兩層做出了規定。ISO參考模型全稱爲開放式系統互聯參考模型,該模型是按照分層思想進行劃分的。FPDP協議包括數據鏈路層和物理層的協議,對硬件接口做了詳盡的規定。