可重構pxi串行通訊卡及采用該通訊卡實現遠程重構的方法
【專利摘要】可重構PXI串行通訊卡及采用該通訊卡實現遠程重構的方法，涉及PXI可重構串行通訊技術。它為了解決PXI3U板卡通用性差、且維護不方便的問題。本發(fā)明的可重構儀器平臺與功能板之間采用棧接的方式連接，功能板設置在可重構儀器平臺的背面且可拆卸，連接信號為FPGA的I/O信號。在建立完整的網絡服務器后，FPGA接收遠程配置計算機發(fā)來的配置文件。本發(fā)明能夠通過重構功能解決不同通訊協(xié)議卡數目多、系統(tǒng)集成難度大、成本高的問題，實現不同協(xié)議的串行通訊功能，具有靈活性高、通用性強、易升級等優(yōu)點。本發(fā)明適用于測試或其他系統(tǒng)。
【專利說明】可重構PXI串行通訊卡及采用該通訊卡實現遠程重構的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種PXI可重構串行通訊技術。
【背景技術】
[0002]針對不同的被測對象，一般需要使用不同的串行通訊比如RS422或者RS485，同時針對不同的被測對象，經常需要使用不同的通訊協(xié)議，比如HDLC、SDLC、UART等。本次設計的PXI可重構串行通訊卡，可以通過本地或者遠程可重構的方式實現不同通訊電平標準以及不同通訊協(xié)議的相互切換。
[0003]在測試領域中，經常需要使用不同的通訊協(xié)議，傳統(tǒng)的PXI3U板卡將可重構儀器平臺與功能板集成在一塊板上，導致PXI3U板的通用性很差。如果使用不同的通訊卡實現不同的通訊協(xié)議，設備集成難度大，并且成本高。當使用可重構的方式實現不同協(xié)議時，具有很多優(yōu)勢，例如:(I)可以使用一塊可重構串行通訊卡替代多個固定協(xié)議的專用串行通訊卡，有利于系統(tǒng)的集成，降低系統(tǒng)開發(fā)成本；(2)通過遠程可重構功能，可以實現通訊協(xié)議的遠程更新、升級、優(yōu)化等，大大降低了測試設備的維護維修成本等等。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決PXI3U板卡通用性差、維護不方便的問題，提供一種可重構PXI串行通訊卡及采用該通訊卡實現遠程重構的方法。
[0005]本發(fā)明所述的可重構PXI串行通訊卡，包括可重構儀器平臺I和功能板2，其特征在于:
[0006]所述可重構儀器平臺I包括FPGA1-1、以太網接口電路1_2、DDR2SDRAM接口電路1-3、PXI接口電路1-4、電源轉換電路1-5、System ACE控制器1-6和CF卡1_7，所述以太網接口電路1-2的網絡信號端連接FPGAl-1的網絡信號端，DDR2SDRAM接口電路1_3的存儲/讀取信號端連接FPGAl-1的存儲/讀取信號端，PXI接口電路1-4的FPGA總線數據端連接FPGAl-1的PXI總線數據端，電源轉換電路1-5的電源信號端連接FPGAl-1的電源信號端，System ACE 控制器 1-6 的 CFGJTAG(Configration JTAG)端 口連接 FPGA1-1 的 SystemACE信號端，System ACE控制器1-6的CF卡接口連接CF卡；
[0007]所述功能板2包括IL422接口電路2_1、連接器2_2和隔離電源2_3，所述IL422接口電路2-1的外部設備信號端連接連接器2-2的接口電路信號端，隔離電源2-3用于對功能板提供工作電源；
[0008]功能板2設置在可重構儀器平臺I的背面，IL422接口電路2_1的I/O信號端連接FPGAl-1的I/O信號端，可重構儀器平臺I上設置有兩個槽位，所述兩個槽位用于連接PXI機箱。
[0009]采用上述可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構的方法通過以下步驟實現:
[0010]步驟一、建立網絡服務器；執(zhí)行步驟二 ；[0011]步驟二、與遠程配置計算機連接；執(zhí)行步驟三；
[0012]步驟三、FPGAl-1接收遠程配置計算機發(fā)來的配置文件；執(zhí)行步驟四；
[0013]步驟四、FPGAl-1接收配置區(qū)域代號；執(zhí)行步驟五；
[0014]步驟五、判斷配置區(qū)域是否有配置文件，如果判斷為是，執(zhí)行步驟六；否則，執(zhí)行步驟七；
[0015]步驟六、刪除該配置區(qū)域已有的配置文件，并寫入步驟三所述的配置文件；執(zhí)行步驟八；
[0016]步驟七、將步驟三所述的配置文件寫入該配置區(qū)；執(zhí)行步驟八；
[0017]步驟八、判斷是否配置成功；如果判斷結果為是，執(zhí)行步驟九；否則，返回執(zhí)行步
驟二 ；
[0018]步驟九、發(fā)送“寫入成功”命令給遠程配置計算機，結束一次遠程重構。
[0019]本發(fā)明所述的可重構PXI串行通訊卡采用可重構儀器平臺I與功能板2分開的方案。可重構儀器平臺I與功能板2之間采用棧接的方式連接，功能板2通過兩個槽位連接在可重構儀器平臺I的背面，連接信號為FPGA的I/O信號，兩個槽位增加了串行通訊的路數。FPGAl-1內部設置有配置口功能模塊、XPS ACE功能模塊、UART功能模塊、TEMAC控制器功能模塊和MPMC功能模塊，所述的配置口功能模塊與XPS ACE功能模塊用于與SystemACE控制器1-6傳輸信號，UART功能模塊用于與RS232進行串行通訊，TEMAC控制器功能模塊用于通過以太網與遠程配置計算機傳輸數據，MPMC功能模塊用于與DDR2SDRAM接口電路進行數據傳輸。這樣不僅有效的解決了 PXI3U板卡尺寸的限制問題，而且可以使用同一個可重構儀器平臺，通過設計并更換不同的功能板，實現不同的儀器功能，很好的降低了可重構儀器的設計難度，縮短了儀器開發(fā)的周期，降低了儀器成本。
[0020]采用上述可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構的方法建立完整的網絡服務器后，FPGAl-1接收遠程配置計算機發(fā)來的配置文件，能夠通過重構功能解決不同通訊協(xié)議卡數目多、系統(tǒng)集成難度大、成本高的問題，實現不同協(xié)議的串行通訊功能，具有靈活性高、通用性強、易升級等優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為實施方式一所述的可重構PXI串行通訊卡的結構框圖；
[0022]圖2為本地可重構系統(tǒng)方案原理框圖；
[0023]圖3為遠程可重構方案原理框圖；
[0024]圖4為實施方式二所述的采用可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]【具體實施方式】一:結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述的可重構PXI串行通訊卡，包括可重構儀器平臺I和功能板2，所述可重構儀器平臺I包括Fpga1-UWA網接口電路1_2、DDR2SDRAM接口電路1_3、PXI接口電路1-4、電源轉換電路l_5、System ACE控制器1-6和CF卡1-7，所述以太網接口電路1-2的網絡信號端連接FPGAl-1的網絡信號端，DDR2SDRAM接口電路1_3的存儲/讀取信號端連接FPGAl-1的存儲/讀取信號端，PXI接口電路1-4的FPGA總線數據端連接FPGAl-1的PXI總線數據端，電源轉換電路1_5的電源信號端連接FPGAl-1的電源信號端，System ACE控制器1-6的CFGJTAG (Conf igrationJTAG)端口連接FPGAl-1的System ACE信號端，System ACE控制器1-6的CF卡接口連接CF卡；
[0026]所述功能板2包括IL422接口電路2_1、連接器2_2和隔離電源2_3，所述IL422接口電路2-1的外部設備信號端連接連接器2-2的接口電路信號端，隔離電源2-3用于對功能板提供工作電源；
[0027]功能板2設置在可重構儀器平臺I的背面，IL422接口電路2-1的I/O信號端連接FPGAl-1的I/O信號端，可重構儀器平臺I上設置有兩個槽位，所述兩個槽位用于連接PXI機箱。
[0028]圖1給出了可重構串行通訊模塊的整體框圖，其中可重構儀器平臺I作為本地和遠程重構功能的硬件基礎，包含FPGAl-1系統(tǒng)，功能板2包括實現四通道串行通訊電平轉換的IL422接口電路2-1和隔離電源2-3。
[0029]由于PXI3U板卡尺寸小，同時為了適應通用化的可重構儀器的設計需求，本設計采用可重構儀器平臺I與功能板2分開的方案?？芍貥媰x器平臺I與功能板2之間采用棧接的方式連接，功能板2設置在可重構儀器平臺I背面，功能板2與可重構儀器平臺I的連接信號為FPGAl-1的I/O信號。由于功能板2設置在可重構儀器平臺I的背面，增加了PXI3U板卡的厚度，因此PXI3U板卡與PXI機箱連接時需占用兩個槽位，這種設計方式不僅增加了串行通訊的路數，更重要的是功能板2可拆卸，使得可重構儀器平臺I具有通用性。FPGAl-1內部設置有配置口功能模塊、XPS ACE功能模塊、UART功能模塊、TEMAC控制器功能模塊和MPMC功能模塊，所述的配置口功能模塊與XPS ACE功能模塊用于與System ACE控制器1-6傳輸信號，UART功能模塊用于與RS232進行串行通訊，TEMAC控制器功能模塊用于通過以太網與遠程配置計算機傳輸數據，MPMC功能模塊用于與DDR2SDRAM接口電路進行數據傳輸。這樣不僅有效的解決了 PXI3U板卡尺寸受限的問題，而且可以使用同一個可重構儀器平臺1，通過設計并更換不同的功能板2，實現不同的儀器功能，很好的降低了可重構儀器的設計難度，縮短了儀器開發(fā)的周期，降低了儀器成本。
[0030]【具體實施方式】二:結合圖4說明本實施方式，本實施方式是采用實施方式一所述的可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構的方法，其特征在于:所述方法通過以下步驟實現:
[0031]步驟一、建立網絡服務器；執(zhí)行步驟二 ；
[0032]步驟二、與遠程配置計算機連接；執(zhí)行步驟三；
[0033]步驟三、FPGAl-1接收遠程配置計算機發(fā)來的配置文件；執(zhí)行步驟四；
[0034]步驟四、FPGAl-1接收配置區(qū)域代號；執(zhí)行步驟五；
[0035]步驟五、判斷配置區(qū)域是否有配置文件，如果判斷為是，執(zhí)行步驟六；否則，執(zhí)行步驟七；
[0036]步驟六、刪除該配置區(qū)域已有的配置文件，并寫入步驟三所述的配置文件；執(zhí)行步驟八；
[0037]步驟七、將步驟三所述的配置文件寫入該配置區(qū)；執(zhí)行步驟八；
[0038]步驟八、判斷是否配置成功；如果判斷結果為是，執(zhí)行步驟九；否則，返回執(zhí)行步
驟二；[0039]步驟九、發(fā)送“寫入成功”命令給遠程配置計算機，結束一次遠程重構。
[0040]可重構PXI串行通訊卡本地重構和遠程重構功能，對于本地重構我們采用XilinxSystem ACE CF的配置方案，使用CF卡(或微硬盤)作為配置文件的存儲器，其配置鏡像數目為八種，對配置文件大小沒有限制。另外，System ACE CF方案使用的CF卡1_7 (或微硬盤)都能夠挺拔，因此當需要升級其中的內容時，可以將其從系統(tǒng)中拔出，插到計算機上完成。這為現場升級帶來了極大的方便，使用戶可以將精力集中在提高系統(tǒng)的性能和縮短研發(fā)周期上，圖2給出本地重構系統(tǒng)方案。將三位撥碼開關連接在System ACE控制器配置區(qū)域地址上，可以把CF卡中的配置區(qū)域劃分為八個配置區(qū)域，區(qū)域O存放出廠原始配置鏡像，存放包含遠程重構的片上系統(tǒng)鏡像，區(qū)域1-5分別存放5種不同串行通訊協(xié)議鏡像，區(qū)域6-7為備用區(qū)域。當需要本地重構切換配置鏡像時，首先通過三位撥碼開關選擇相應的配置區(qū)域，然后觸發(fā)按鍵，System ACE控制器1_6從CF卡1_7相應的配置區(qū)域讀取相應的配置鏡像，通過JTAG模式對FPGAl-1進行配置，從而實現相應的串行通訊協(xié)議。
[0041]遠程可重構功能是在本地重構的基礎上，由以太網接口電路1-2實現配置文件的網絡傳輸并配合本地重構電路實現配置文件存儲和配置。電路設計包括以太網接口電路1-2設計、DDR2SDRAM接口電路1_3設計以及CF卡1_7設計，其中CF卡1_7接口部分與本地重構相同。遠程可重構方案原理框圖如圖3所示。
[0042]可重構儀器平臺采用片上系統(tǒng)的設計方案，所述片上系統(tǒng)是指FPGA片上系統(tǒng)。在該片上系統(tǒng)中各外設控制器以IP核的形式同PowerPC處理器一起掛在PLB總線上，PowerPC處理器可通過訪問各外設控制IP核實現對各個外設的控制。在電路中，以太網接口電路1-2作為網絡接口，用于接收遠程計算機發(fā)送過來的配置文件，以太網接口電路1-2設計采用以太網MAC層IP硬核與物理層PHY芯片相結合的方式，PHY層用88E1111芯片來實現，其與TEMAC控制器的連接方式為GMII。配置文件用System ACE控制器1_6和CF卡1-7來完成的存儲。
[0043]遠程重構過程中，處理器需要控制各個外設控制器，完成配置文件的網絡傳輸與存儲，因此需要設計相應的應用程序，并通過PowerPC處理器執(zhí)行相關的程序完成遠程重構。其中，配置文件通過以太網傳輸，文件存儲通過對System ACE控制器1-6中的SystemACE芯片的控制實現。
[0044]遠程重構移植Light Weigh IP協(xié)議棧完成以太網TCP/IP相關協(xié)議，配置文件的存儲使用FATFS文件系統(tǒng)。Light Weigh IP協(xié)議棧包括提高性能的RAW API和多線程情況下使用的Socket API兩種工作模式，本次設計使用RAW API進行TCP/IP編程，這樣可以使應用程序的代碼和TCP/IP協(xié)議棧的代碼很好地結合起來。程序的執(zhí)行機制是以回調函數為基礎的事件驅動模式。RAW API接口函數不僅在程序代碼的執(zhí)行時間上更快，而且在運行中它也占用更少的內存資源，因此它非常適合內存較小的嵌入式片上系統(tǒng)使用。
[0045]采用可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構，首先要建立完整的網絡服務器，其次連接可重構儀器平臺I和遠程計算機，接收配置文件和配置區(qū)域代號，然后判斷配置區(qū)域是否有舊的配置文件的存在:如果有舊的配置文件，則首先刪掉舊的配置文件，然后將新接收的配置文件存入該區(qū)；如果之前沒有舊的配置文件，則直接將配置文件存入該區(qū)域。最后，配置寫入成功后向遠程計算機發(fā)送“寫入成功”的命令；如果配置不成功，則需要返回“與遠程配置計算機連接”這一步再依次進行以下步驟直至配置成功。[0046]上述遠程重構的方法能夠解決不同通訊協(xié)議卡數目多、系統(tǒng)集成難度大、成本高的問題，通過重構功能實現不同協(xié)議的串行通訊功能，具有靈活性高、通用性強、易升級等優(yōu)點。
[0047]【具體實施方式】三:本實施方式是對實施方式三所述的采用可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構的方法的進一步限定:CF卡1-7中的配置區(qū)域的數量為8個，分別為區(qū)域O至區(qū)域7，所述區(qū)域O用于存放出廠原始配置鏡像和包含遠程重構方法的片上系統(tǒng)鏡像，區(qū)域I至區(qū)域5分別存放5種不同串行通訊協(xié)議鏡像，區(qū)域6和區(qū)域7為備用區(qū)域。
【權利要求】
1.一種可重構PXI串行通訊卡，包括可重構儀器平臺(I)和功能板(2)，其特征在于: 所述可重構儀器平臺(I)包括FPGA(1-1)、以太網接口電路(1-2)、DDR2SDRAM接口電路(1-3)、PXI 接 口電路(1-4)、電源轉換電路(1-5)、System ACE 控制器(1_6)和 CF 卡(1_7)，所述以太網接口電路(1-2)的網絡信號端連接FPGA(1-1)的網絡信號端，DDR2SDRAM接口電路(1-3)的存儲/讀取信號端連接FPGA (1-1)的存儲/讀取信號端，PXI接口電路(1_4)的FPGA總線數據端連接FPGA(1-1)的PXI總線數據端，電源轉換電路(1_5)的電源信號端連接FPGA(1-1)的電源信號端，System ACE控制器(1-6)的CFGJTAG端口連接FPGA(1-1)的System ACE信號端，System ACE控制器(1-6)的CF卡接口連接CF卡； 所述功能板(2)包括IL422接口電路(2-1)、連接器(2_2)和隔離電源(2_3)，所述IL422接口電路(2-1)的外部設備信號端連接連接器(2-2)的接口電路信號端，隔離電源(2-3)用于對功能板提供工作電源； 功能板(2)設置在可重構儀器平臺(I)的背面，IL422接口電路(2-1)的I/O信號端連接FPGA(1-1)的I/O信號端，可重構儀器平臺(I)上設置有兩個槽位，所述兩個槽位用于連接PXI機箱。
2.根據權利要求1所述的可重構PXI串行通訊卡，其特征在于:所述的FPGA(1-1)采用 Virtex-5FXT 型 FPGA 實現。
3.采用權利要求1所述的可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構的方法，其特征在于:所述方法通過以下步驟實現: 步驟一、建立網絡服務器；執(zhí)行步驟二 ； 步驟二、與遠程配置計算機連接；執(zhí)行步驟三； 步驟三、FPGA(1-1)接收遠程配置計算機發(fā)來的配置文件；執(zhí)行步驟四； 步驟四、FPGA (1-1)接收配置區(qū)域代號；執(zhí)行步驟五； 步驟五、判斷配置區(qū)域是否有配置文件，如果判斷為是，執(zhí)行步驟六；否則，執(zhí)行步驟七； 步驟六、刪除該配置區(qū)域已有的配置文件，并寫入步驟三所述的配置文件；執(zhí)行步驟八； 步驟七、將步驟三所述的配置文件寫入該配置區(qū)；執(zhí)行步驟八； 步驟八、判斷是否配置成功；如果判斷結果為是，執(zhí)行步驟九；否則，返回執(zhí)行步驟二 ； 步驟九、發(fā)送“寫入成功”命令給遠程配置計算機，結束一次遠程重構。
4.根據權利要求3所述的采用可重構PXI串行通訊卡實現遠程重構的方法，其特征在于:CF卡(1-7)中的配置區(qū)域的數量為8個，分別為區(qū)域O至區(qū)域7，所述區(qū)域O用于存放出廠原始配置鏡像和包含遠程重構方法的片上系統(tǒng)鏡像，區(qū)域I至區(qū)域5分別存放5種不同串行通訊協(xié)議鏡像，區(qū)域6和區(qū)域7為備用區(qū)域。
【文檔編號】H04L29/08GK103561116SQ201310589385
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】王少軍, 趙光權, 彭宇, 劉大同, 付振鵬, 龐業(yè)勇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學