接口设计论文范文第1篇
摘 要：目前，随着社会的发展，船舶工程领域的发展也突飞猛进。随着海军舰船技术的不断发展，各船舶装备进行着大规模的改进和创新。船舶导航系统作为船舶的千里眼和顺风耳，不仅要求提供准确的船位信息，而且要求与武器装备、测量系统相结合，提供武器发射的精确位置和落点测量等各种数据，是船舶航行和作战的重要保证。因此，导航系统内部和各系统间信息传输技术的改进是整个系统升级中的重要一环。当前的综合导航系统是一个结合不同特点的导航设备和导航方法的复杂系统，是利用计算机技术对多种导航信息进行综合处理，来提高系统性能的导航系统，其涉及到各导航信息源许多设备的相关技术、计算机技术、显示技术、控制系统、通讯系统和数据处理等理论。为此，有必要对船舶导航系统的网络通信技术进行研究，以实现船舶导航系统的快速网络通信技术的发展。
关键词：船舶导航;网络通信技术;研究
引言：作为船舶的主要载体平台，船舶通信导航技术与船舶发展的匹配程度的高低将直接关系到船舶航行的安全性与稳定性，另外船舶需要执行的任务以及船舶本身航行对于精确度的要求均在不断提高，在此背景下，为保证船舶能够更好的满足各种不同的水上航行环境，保证船舶能够动态灵活的执行各类航行任务，就需要对船舶导航网络通信技术进行相应的优化。鉴于此，文章对当前我国的船舶导航网络通信技术展开了研究，主要论述了船舶通信导航（外通）、火警内通以及军船的综合导航、天文导航、惯性导航等相关内容，以供参考。
1新型导航系统网络通信系统和技术简介
1.1船舶通信技术
与内陆通信技术不同，以船舶为基本承载平台的集采集、处理、传输、交换和再现功能为一体的船舶通信技术具有以下特点：第一，其外部通信技术可通过无线通信实现卫星和短波通信以及无限距离的全球通信;第二，其通信频段覆盖范围广，涉及设备众多，整个系统内容比较复杂，与此同时，由于安装技术和使用环境的限制，其天线包括其他设备是高度集成化的。第三，该技术没有固定的基础设施依靠，它的内部和外部通信和导航可以是自包含的。从应用领域的角度来看，船舶通信技术首先应用于军事领域，但其业务承载能力稍有单一，通信资源管理和控制水平相对较低，但从总体上看，海军利用船舶通信技术引领了世界通信领域的发展。进入二十一世纪后，这项技术逐渐渗透到民用船舶通信领域。虽然军用和民用舰船通信系统在核心技术上基本相似，但它们的功能是完全不同的。它还使用宽带基础设施，但是它的终端是集成的、模块化的、开放的和可组合的。
1.2通信网络的体系结构分析
传统的通信系统限制了信息传输方式，导致通讯效率过低。而控制器局域网络总线和以太网相互结合能够有效扩大通讯范围、保障通讯信息的稳定性，因此，现阶段的船舶通信技术均采用了这种通讯方案。现代船舶导航系统的通讯结构主要包括以下几个方面：
数字导航设备和控制器局域网络总线网络构成了网络通信总线，在总线上的多串口卡基础上，通过局域网络总线通讯卡来为CAN总线提供通讯能力，避免了其他通讯设备被破坏之后整个线路无法进行通讯的问题。
2 船舶导航网络通信技术应用
2.1 GPS在船舶导航信息系统的应用现状
系统具有全球、无误差积累、全天候等特点，是当今中远程航线上最好的导航系统。GPS船舶导航信息系统在航海中得到了广泛的使用，几乎每艘船舶都备有GPS船舶导航信息系统。GPS在航海中的应用主要表现在：一是可与通信导航设备，如罗经、船舶的ARPA，实现匹配相接，为其他导航设备提供真实可靠的数据，为船舶导航自动化提供支持。二是即时的为航行中的船舶提供准确的位置信息。三是可进行连续的定位。四是具备多种报警功能，如偏航向报警、时间报警、到达航路点报警等，为船舶提供了可靠的安全保障。五是GPS用户可在全球任意位置、任何天气准确接收卫星信号。六是强大的导航功能。用户可根据实际需要来设计航线和航路点，为船舶航行提供经济可靠的路线保障。
2.2 相关参数计算
地球是一个椭球体，不是平面体。所以，所有的参数的计算都要遵循椭球大地的基本原則。大地线是指椭球面上的任意两点间的最短的距离，船舶在航行中的航线的确定是应该以大地线为主要依据。相关参数的计算方法：一是偏航距。在偏航距的计算中，由于相邻的航路点的距离及偏航距较小，所以可用大圆弧替代大地线计算，使用球面三角形距离的计算公式。二是偏航角。偏航角是上一航路点到下一航路点的大地方位角与上一航路点到航行点的大地方位角之差。三是两点之间的距离。四是两大地点方位角。使用特定的公式进行计算。五是下一航路点时间。计算方法是用到下一航路点距离除以航行速度。六是到终点的距离。是航行点到下一点的距离与下一点到目的点的航路距离两者之和。七是到目的地的时间。计算方法是用到终点的距离除以速度。八是到下一航路的距离。计算方法是航行点到下一航路点的大地距离。
2.3 CAN总线通信接口电路的设计
控制器局域网络总线控制器实现了网络层次的数据链路层和物理层的稳定性，从而为网络通信质量提供了保障。控制器局域网络总线控制器是通过可编程芯片与逻辑线路的组合来实现以上工作内容的。现阶段，控制器局域网络控制器主要包括两个控制器、一个总线驱动器以及高速光电隔离器等四个结构。控制器局域网络的控制器主要由微处理器进行初始化，从而实现信息传输数据的接收以及发送。而在控制器正常工作时，容易受到控制器局域网络节点的干扰导致信息的传递以及接收出现遗漏等问题，因此，在实际的通信网络设计过程中，控制器并不是直接与驱动器进行连接的，而是通过高速光耦作为连接器实现二者的连接。通过高速光耦的应用，实现了控制器局域网络总线上各个节点所连接导航设备的相互独立性。
3 船舶导航网络通信技术发展趋势
3.1导航系统微型化
整个船舶的通信导航系统向着小型化、高精度发展是未来船舶导航网络通信技术发展的必然趋势，整个产品除了满足一般的功能要求以外，还应当在整体上满足可靠易用、低功耗以及数字智能卓越性能。
3.2通信与导航网络一体化
未来，船舶通信导航网络将趋于一体化、集成化和智能化，它将采用不同的手段和网络技术在总体上实现基于电信网络、广播电视网络和互联网的技术“三网融合”的系统更新与优化。与此同时，系统与物联网、大数据以及云计算等相关技术之间的结合，也将是其未来发展不可避免的重要趋势，受此影响，系统的网络功能和应用范围将随之得到进一步深化和扩大。
结语：传统的船舶导航系统存在着系统线路负载，信息传输稳定性与安全性差等问题，因此，可以通过采用控制器局域网络总线取缔串口进行导航设备连接、以太网络代替传统单串口进行导航通讯等技术，从而达到提升传播导航能力以及导航稳定性、安全性的目的。通过以上技术的使用，能够有效提高我国船舶导航系统网络通信技术水平，促进我国航海事业的进一步发展。
参考文献：
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[6]张杰.船舶导航系统网络通信关键技术研究及开发[D].哈尔滨工程大学，2016.
接口设计论文范文第2篇
【摘 要】电厂电气自动化系统基于网络通信和交流采样，对于电厂节省成本，提高管理水平有着重要的意义。本文对电厂自动化系统进行了介绍，分析了电厂电气自动化的监控模式和关键技术以及需要注意的问题，并对电厂电气自动化技术的发展趋势进行了简单探讨。
【关键词】电厂；电气自动化；技术应用
近年来，计算机技术和网络技术的发展为电厂电气自动化系统提供了一个更广阔的平台，自动化的结构和功能都有了很大的改革。电气自动化技术的应用带来电气自动化系统的改革，给电厂以及电厂群的管理和监控带来了极大的便利。
一.电厂电气自动化系统
1.概述
电厂电气自动化系统（ECS）是指使用保护、测控、通信接口、监控系统等设备实现所有电厂电气设备的检测、控制、保护和信息管理。国内大部分发电厂都采用集散控制系统来实现热工系统的自动化运行，而传统的电气系统采用“一对一”的硬件连接以及仪表监视，自动化水平相对落后。ESC系统包括升压站子系统、机组子系统和厂用子系统所有电气子系统计，是相对独立的电气控制系统。
2.系统构成
2.1 间隔层：电厂电气自动化系统（ECS）的间隔层设备按间隔分布式布置。厂用电保护测控装置可直接下放至开关场，取消了原本放大量引入主控室的信号、测量、控制、保护等使用的电缆。各设备相对独立，仅通过现场总线与网络通讯层的设备通讯，减少了大量的二次接线，节省了投资，减轻了安装调试及维护工作量。
间隔层的主要设备有：机组子系统：发电机（发变组）保护；升压站子系统：升压变压器保护、线路保护装置、母线保护装置、综合测控装置；厂用电子系统：10/6kV厂用电保护与测控装置、400V厂用电保护与测控装置；安全自动装置：备用电源自投装置/厂用电快速切换装置、自动准同期装置、安全稳定装置；故障录波；直流系统；励磁调节系统。
2.2 网络通讯层：通讯管理装置；规约转换装置；网络中继器；网络交换机。
2.3 站控层：站控层采用分布式、开放式设计，组态完成站内监控功能，可全面实现电厂内所有电气设备的监控、管理等功能。站控层设备可采用多种配置模式，既保证了系统整体的可靠性，也使得功能配置更灵活、合理。
站控层的主要设备有：服务器、操作员站、工程师站、通信服务器、不间断电源（UPS）、卫星对时装置（GPS）。
二.电厂电气自动化技术的应用
1.电厂电气自动化监控模式
电厂用电设备分散安装于各配电室和电动机控制中心，元件数量较多，运行管理信息量大，检修维护工作复杂[1]。目前，电厂电气自动化监控模式主要有三种：（1）集中模式：也就是传统的硬连接方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和4～20mA标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O模件柜，进入DCS进行组态，实现对电气设备的监控。这种方式的优点是采集集中组屏，便于管理，缺点是可靠性及速度不稳定；（2）分层分布模式：即间隔层利用面向电气一次回路或电气间隔的方法進行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机、光纤或电缆108网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令的功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。
2.电气自动化监控关键技术
电气自动化监控关键技术有：（1）间隔层终端测控保护单元：分层分布式系统以间隔层一次设备为单位，现场配置测控保护单元。该单元对其可靠性、灵敏性、速动性和选择性都有很高的要求，是保障厂用电系统安全、稳定运行最重要、最有效的技术手段，应该用专有保护装置实现。（2）通信网络：ESC系统的运行环境是高电压、大电厂的恶略环境，电磁干扰大。通信网络是ESC系统的关键组成部分，其性能直接影响到自动化系统的功能。目前大多数电厂采用的用电缆现场总线网络方式和光纤通信。（3）监控主站：监控主站是实现厂用电器设备监控和管理的主要设备，安置在站级监控层，根据发电机机组的容量和运行管理要求设计主站配置的设备和规模，可配置成单机、双机和多机系统，标准的设备主要有有数据库服务器、应用和Web服务器、操作员站、工程师站，以及其他网络设备、GPS和打印机。
3.电气自动化技术应用的问题
在开发电厂自动化技术是，需要注意的问题有：（1）电厂监控系统的控制电源必须有直流和交流两种供电方式，外围自动化装置和监控系统的LCU应该使用双电源、无扰切换的供电方式[4]。监控系统主站设备要符合国家规定，采用取交流和UPS供电方式。（2）由于监控系统和其他系统的借口采用开关量接口和通信方式联系，开关量接口采用交换的信号一一对应的方式，其优点是接线直观，易于使用人员调试和故障查处，缺点是接线较多，有些控制功能须在LCU 内编制复杂的程序,如果处理不当使调节性能不佳。（3）自动化与监控系统要协调处理，应按照自动化为主、监控为辅的原则。（4）在电厂电气自动化系统中，事件记录与故障录波是常用的运行和施工分析的方法。由于采样速度、内存等因素限制，事件记录并不能得到满足分析事故的波形。而故障录播很容易导致信号的重复收集和信号的残缺，使电缆布置和二次回路复杂化。
三.电厂电气自动化技术的发展趋势
1.嵌入式工业以太网技术的应用为主
目前电厂电气自动化系统成分发挥了网络通信的作用，由于太网传输速度快、容量大、网络拓扑结构灵活以及低成本等特点，在商业领域和工业领域内得到了大规模的应用，也满足了现场总线通信协议技术标准的多样性。
2.综合化智能技术的运用
ECS系统控制发展，使计算机控制取代了传统操作盘控制，目前又向综合智能控制和管理发展，主要表现在间隔层和站控层两方面。间隔层的保护和测控单元由向着集保护、测量、控制、远动于一体的综合化及网络化智能保护测控单元发展，站控层监控系统向全面提高运行和管理自动化水平发展。
总结
与传统的电厂DCS自动化系统相比，ECS系统侧重于电气系统的监控，自动化监控技术的运用，实现了发电厂用电中低压电气系统的保护、测量、计量、控制、分析等综合功能，给人们带来了极大的便利。同时，在对ESC系统运用需要注意相关的技术问题，以确保系统的高效使用。太网技术和综合化智能技术的应用，必将带来电厂自动化系统的新一轮变革。
接口设计论文范文第3篇
【摘要】对触点位置坐标识别与输入是触摸液晶屏的重要功能。由于SOPC Builder系统没有提供TRDB-LTM触摸屏的驱动，因而提出了一种基于Avalon总线的TRDB-LTM触控IP核的设计方法。实现TRDB-LTM触控屏触碰位置坐标的准确录入。给出系统硬、软件设计过程。经测试，所设计的IP核能够准确快速的识别触碰位置坐标，工作稳定可靠。
【关键词】TRDB-LTM触控屏；Nios II；Avalon总线；IP核
1.引言
随着各类多媒体应用终端、平板电脑、智能手机等嵌入式系统设备与日俱增[1]，触摸屏作为一种集信息显示与输入，数据通信与转换多种功能于一体的先进人机交互接口，已越来越广泛地应用在各类嵌入式智能设备上，它轻薄体小，画质清晰，易于设计友好的交互界面和实现简单直观操作体验。因而對触摸屏实现支持几乎已然成为嵌入式系统应用开发的必然要求。
在Altera的SOPC软件工具中，已经集成有一些参数化电路功能模块，即IP核[2]。如SSRAM、Flash、Avalon三态桥、PLL、UART等。但是在显示方面，Altera只提供了一个16*2 LCD的控制IP核[3]，没有提供触屏IP核，使用时需要编写硬件的时序程序[4]。另外，目前多数研究者致力于设计LCD显示控制的IP核，即LCD的显示（输出），对于触控屏（LTM-LCD）的触控（输入）的研究不多[5]。本文提出一个基于NiosⅡ的TRDB-LTM触控IP核设计，用以实现TRDB-LTM的触控功能。本IP核可以和系统自带的IP核一样，直接挂载于Avalon总线，作为NiosⅡ软核的SOPC一个外设[5]。
2.Avalon总线
2.1 Avalon总线概述
Avalon总线是由Altera开发的一种专用的内部连线技术[6]。它由SOPC自动生成，是处理器与外设之间理想的内联总线，是构建嵌入式系统、开发自定义外设IP核的基础。Avalon接口规范定义了外设和Avalon Switch Fabric之间的数据传输。Nios II系统的所有外设都是通过Avalon总线与Nios II CPU进行数据交换。Avalon接口是一种开放标准，使用Avalon接口创建和发布定制外设不需要任何授权[6]。
2.2 Avalon总线从端口读传输
Avalon总线传输有两个基本模式：主传输和从传输[6]。支持流水传输、三态传输和突发传输属性。TRDB-LTM触控IP核使用的是效率较高的流水从端口读传输，增加传输宽带，提高触控响应灵敏度。具体时序规范此处从略[7]。
3.硬件设计
3.1 TRDB-LTM触碰功能
LTM是LCD Touch Panel Module的缩写。TRDB-LTM是Terasic友晶科技公司推出的4.3英寸数字LCD触碰屏幕套件，分辨率高达800*480。它包含了三个主要的架构：LCD触摸面板、AD转换器、40-pin IDE接口[8]。LTM可由40-pin插座排线连接到Alter DE2-70开发板，LTM集成ADI公司的AD7843触摸屏转换芯片，可将触点的X/Y坐标数字化并保存，并通过SPI数字串行接口与FPGA芯片建立通信连接。AD7843的转换过程参考其数据手册[9]。
3.2 LTM屏幕坐标规划
由Terasic公司提供的LTM文档，我们可以知道，按照功能的不同，屏幕坐标被分成了两种方式表现，一种是时序坐标，一种是触碰所得到的屏幕坐标。时序坐标（x，y）的取值范围从（0，0）至（800，480）。X轴正向为水平向右，Y轴正向为垂直向上。
图1 LTM四个角上的坐标[7]
3.3 TRDB-LTM触摸屏控制器IP核
TRDB-LTM触控IP核Touch_Avalon_Interface的设计结构图如图2所示，主要包括Avalon总线从端口、时钟与复位模块、TRDB_LTM接口模块3个部分。Avalon总线从端口部分主要是为了与Avalon总线通信，时钟与复位模块为IP核提供时钟与复位信号，TRDB_LTM接口模块负责与LTM上的AD转换芯片AD7843进行数据传输。
图2 触控IP核结构框图
iADC_DOUT接收来自AD7843的坐标数据，iADC_DIN向AD7843发送控制字，iADC_PENIRQ_n中断指示信号，低电平有效，表示ADC转换完成，详细的转换时序参见数据手册[8]。将IP核在SOPC Builder里打包封装，如图3所示。
图3 Touch_Avalon_Interface IP核
Avalon總线挂载界面
图4 TRDB-LTM触控IP核
添加到Nios II系统后的生成界面
图5 Console控制端读到的触点位置坐标
4.软件设计
Touch_Avalon_Interface IP核设计文件包括HAL和HDL两个文件夹。HAL里面是IP核的Nios Ⅱ C语言驱动源程序（Touch_Avalon_Interface.h，Touch_Avalon_Interface.c）。HDL中是IP核的Verilog定义文件。限于篇幅，只附上顶层IP核端口的定义：
IP核的Nios Ⅱ C语言驱动源程序主要功能是将IP核读取到的实时触碰坐标通过算法转换成显示坐标，即前文所提的时序坐标。具体程序如下：
为了测试Touch_Avalon_Interface IP核的效果，将IP核添加到一个完整的Nios II系统中，如图4所示。图中红色框中的Touch_Avalon_Interface即为本文所设计的自定义触控IP核。
通过Nios II IDE建立用户工程，将驱动文件拷贝进工程，设置编译，完成后下载到Terasic的DE2-70开发板[10]上进行的测试。触碰LTM屏幕，可在Nios II IDE的Console控制端实时显示触点位置坐标（如图5所示）。
5.结语
本文所提出TRDB-LTM触控IP核设计通过DE2-70开发板硬件平台的测试，触碰响应灵敏，定位准确，实现了TRDB-LTM触碰位置坐标的准确录入。由于Nios Ⅱ核在同一FPGA中的植入数量没有限制，只要FPGA资源充足[7]，因而本IP核可以非常自由地结合其他设计中的关于LCD显示控制IP核挂载在Avalon总线上，使FPGA上的SOPC实现对触摸屏的完全支持，使后续应用界面开发者不必关心触屏的底层时序规范，从而缩短开发周期，提高开发效率。
参考文献
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[9]Analog Devices，Inc..AD7843Touch Screen Digitizer Datasheet [M].[S.l.]：Terasic，2004：Rev B.
[10]DE2-70 User Manual Version 1.08[Z].Terasic Technologies Ltd，2009.
作者简介：
雷松华（1987—），男，湖南常德人，硕士研究生，研究方向：电子电路设计，嵌入式开发。
郑铿（1988—），男，广东潮汕人，硕士研究生，研究方向：FPGA，图像处理。
接口设计论文范文第4篇
1.1 TVP5 146的内部结构如图1所示
从图1可知其主要功能模块包括:含有4路独立AD转换的模拟前端模块, 可进行同步检测的时钟处理模块, VBI数据处理模块, CVBS和Y (信号处理模块, RGB及YPb Pr信号处理模块, 输出格式模块, IIC总线模块, 拷贝保护检测模块。
1.2 DM6446简介
DM6446处理器主要包括ARM子系统、DSP子系统、视频处理子系统、视频-图像协处理器以及片上外设组。为了简化软件开发, TMS320DM6446所有的存储器统一编址。TMS320DM6446集成了DDR2存储器接口, 其外部存储器接口支持NOR Flash、NAND Flash和SRAM扩展, 外部存储器接口还可以扩展支持智能多媒体卡和CF卡的应用。
2 TVP5146与DM6446的接口电路设计
2.1 TVP5146与DM6446的IIC接口电路
TMS320DM6446通过IIC总线访问控制TVP5146的内部寄存器, 因此在进入DM6446前需要将电压转换为1.8V, 这里采用P C A 9 3 0 6芯片完成I 2 C电压转换, 采用SN74AVCB164245VR芯片转换TVP5146输出信号的电压, 进入到DM6446后, 通过VPFE模块送入DSP子系统进行压缩编码。此外, 采用由电感和电容组成的低通滤波器, 来消除信号输入时的噪声干扰。
2.2 TVP5146与DM6446数据通信实现
TMS320DM6446作为I2C总线上的主设备对从设备TVP5146进行初始化配置, TVP5146的地址为0x5D。DM6446内部集成I2C模块, 提供I2C设备接口。TVP5146的SCL与SDA引脚输出高电平时为保持开通道状态。因此, 要在I2C总线上分别接入上拉电阻。设计采用TVP5146的VI_2_C和VI_1_C两个通道接收视频模拟信号, 经过转换输出10bit YCb Cr4∶2∶2格式数据、独立的垂直同步信号VS、水平同步信号HS。
2.3 TVP5146写数据流程
DM6446作为I2C总线的主设备初始化TVP5146的写操作时, 按图2步骤进行。
2.4 TVP5146的读流程
当TMS320DM6446要读取当前TVP5146的状态时, 需要通过I 2C总线启动对TVP5146的寄存器的读操作。
3 结语
本文主要介绍了数字解码TVP5146芯片和DM6446处理平台的数据通信设计, 该方法集体积小、成度高、性能价格比高、功耗低, 非常适合视频数码设备和视频服务器。
摘要：本文介绍了TVP5146与DM6446的特点, 详细阐述了TVP5146与DM6446硬件连接及TVP5146的配置和读写流程。提出了一种新的数字视频前端的实现方案。
接口设计论文范文第5篇
1.1 FPGA的组成
可编程输入、输出模块、基本可编程逻辑模块、RAM嵌入块、底层嵌入功能ongoing模块以及内嵌专用硬核和线路资源组成了F P G A。
1.2 FPGA设计流程
通常一个完整的FPGA设计流程要包括以下主要步骤:电路的设计、输入—功能仿真—综合优化—验证仿真结果—实现—时序仿真验证—调试加载。其基本流程图如图1所示。
2 通信卡的硬件平台
本系统运用Aurora链路层协议, 从而实现SCI节点的高速串行通信, 并引入中断机制, 以提高SCI通信接口和主机进行数据交换的速率。该通信卡利用Virtex-II Pro系列的XC2VP4-FF672C高端FPGA芯板作为本系统数据处理的主要控制芯片。通信卡的信号环境为3.3V的32位CPCI接口和主机进行数据的通信, 而各通信卡之间则采用传输速率在1.25Gbps的光纤进行通信。本系统的通信卡主要由Virtex-II Pro FPGA芯片、时钟产生模组、SFP收发模组、ISP配置PROM以及电源模组和CPCI接口等组成。
3 SCI串行通信接口模型设计与仿真
3.1 SCI整体逻辑划分
FPGA按照功能目的可以分为SCI节点模型模组以及CPCI总线接口模组, 其中SCI节点模型包括以下几个部分, 即接收和发送RAM、输入及输出旁路FIFO、Address Decode (地址解码器) 以及MUX (多路复用) 和中断进程、Aurora链路层收发模组 (Aurora协议是一个可升级的、小型的链路层协议, 可以用来进行点到点的高速串行通路数据传输) 等;而CPCI总线接口模组则由PCI内核以及与其相关的配置模组和用户逻辑等三个模组构成, 其整体逻辑框图如图2所示。
3.2 SCI的主要功能以及部件原理
Aruoral协议是一个小型但可升级的链路层协议, 可以通过它实现点对点的高速串行通路数据的传输。Aurora链路层协议具有明显的成本较低、带宽高且可以扩展的特点, 适用于点对点串行链路的数据传输。Aurora链路层协议为标准的诸如ICP/IP或者以太网等上层协议, 任何分据分组都能通过Aurora链路层协议进行封装, 以及在各电路板或者芯片之间进行高速数据传输。
SCI节点模型的模组设计中, 中断进程是相对重要的设计部分, 它是连接SCI接口两个模块的重要环节。一旦Aurora的接收模组接收到一祯数据, 就会在触发中断的状态下设定其为有效状态, 这时中断进程就会在下一时钟触发PCI核内INTT-N信号处于有效状态, 此时就表示向PCI核提交中断请求成功。
3.2.1 旁路FIFO
如果SCI节点地址译码结果显示出其传输的目标地址非本机, 则数据就会传输到旁路FIFO再由旁路FIFO向另一SCI节点发送。FIFO是先进先出堆栈, 一般包括读、写指针控制器;存储模块;空信号、满信号输出等部分组成。FIFO的设计难点在于对空信号输出以及满信号输出信号生成的控制。旁路FIFO的设计是在同一时间点只允许处于读或写其中一种状态, 而读和写状态所采用的相同时钟, 所以使用同步旁路FIFO即可。
3.2.2 接收、发送存储器
本系统中采用片上块RAM来实现接收和发送存储器。块RAM为双口RAM, 其参数可以做调整, 存储大小由2KB至128KB不等, A、B两个端口可以同时使用或者单独使用。在该设计中, PCI总线数据的交互通过块RAM的A口实现, 而与Aurora模组的连接则由B口来实现, 本设计中FIFO设定4KB, 因此对应块RAM的数据线应为32位, 地址线则为12位。
RAMBI6seS18_518的主要端口信号定义如下:
.DOA:A端口输出数据线, 16位
.A D D R A:A端口地址线, 1 2位
.ADDRB:B端口地址线, 12位
.DIA:A端口输入数据线, 16位
读写状态机通过控制这些信号线实现对块RAM的数据存取。
3.3 SCI节点工作流程
3.3.1 测试地址
在数据被传输出去以前, 主机需要知道本机的地址与环上某机地址是否有冲突, 一旦存在冲突则主机就要对地址做相应的修改。用户要对地址进行修改, 并做进一步的测试, 直至无地址冲突为止。
3.3.2 寻找接收方
当主机对地址测试完毕后, 就可以进行文件的传输, 如果找到和主机地址以及开始地址帧中目的地址段相符的的某个机子, 那么开始地址帧就会停止传输并被遗弃, 那么该对应机子就处于一个允许进行数据接收的状态。
3.3.3 数据的发送
找到相应的机子后就开始发送数据, 主机先利用PCI总线读取发送存储器的偏移地址的内容。在进行数据传输时, 主机要先把所要传输的数据长度X写入至发送存储器的偏移地址, 然后把需要发送的数据写入发送存储器由偏移地址开始的X个位置, 直至数据全部写入。
3.3.4 数据的转发
站在环的角度看, 中间主机在进行转发的过程中, 由上一个主机传输至该中间主机的数据被接收到以后, 是储存在旁路FIFO中的, 接着再由旁路FIFO向着下一个中间主机转发, 直至达到最后的发送方。
3.3.5 数据的接收
一旦数据被传输至接收方, 那么接收方就开始做接收。因为Aurora的收发模组内并没有设置数据的缓存区, 所以主机接收到数据时, 要将该数据立刻写入接收缓冲器, 不然该数据就会全部丢掉。所以如果Aurora的收发模块在接收对应主机传输的帧头数据时, 要先对接收存储器偏移地址中的内容进行读取。
3.3.6 发送结束传输帧
当发送主机将数据传输完毕后, 会接着再发送一个相应的结束地址帧, 以通知接收主机当前的数据传送已经结束。
4 结语
本文研究了基于FPGA的SCI通信接口的设计与实现, 在FPGA芯片构建SCI节点, 应用Aurora链路层协议实现SCI节点的串行通信。
摘要：随着信息化、数字化技术的不断发展, 数字集成电路的应用越来越广泛, 可编程逻辑器件也由早期的储存少量的数据发展到如今的超大规模复杂组合逻辑与时序逻辑的现场可编程逻辑器件, 即FPGA。本文就对基于FPGA数据通信接口的设计与实现做出研究。
关键词：FPGA,数据通信接口,SCI
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