[发明专利]一种基于CPCI的光纤数据传输卡

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于CPCI的光纤数据传输卡，可广泛应用于光纤通信的场合，实现高速数据的传输。

背景技术

雷达系统、声呐系统、卫星通信以及视频传输等大数据量的信息传输对高速性和稳定性提出了越来越高的要求。CPCI总线技术是PCI总线技术的升级，采用了新的板卡结构和互联方式，它的模块化、高可靠性、高带宽、可热插拔等特性使该技术可以适用于要求高可靠度的应用领域。通过光纤来实现数据的远距离、高速、实时传输具有很大的优势。

结合通信工程的实际需求以及CPCI总线技术与光纤传输的优点，研究基于CPCI总线技术的光纤数据传输卡。光纤数据传输卡是对前级目标信号进行采集，然后处理成后级目标所需的数据格式，并最终以各种形式输出的系统，主要包含输入输出单元、信号处理单元以及电源、时钟和数据缓冲单元等。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于CPCI总线的光纤数据传输卡，可广泛应用于要求高速数据稳定传输的场合。根据光纤数据传输卡的基本功能，总体上分为两部分：总体上分为两部分，一是数据采集及预处理单元，主要是指光纤收发模块电路以及FPGA最小系统，大规模FPGA实现对光纤收发模块的驱动和数据传输协议，数据传输协议可兼容用户端的光纤收发协议。二是CPCI总线接口单元，实现传输卡与CPCI工控机之间的通信。

采用标准CPCI3U型板卡尺寸(图1)；集成一片大规模FPGA(Spartan-6LX系列)，完成对1路光纤数据的接收和发送控制，同时实现CPCI接口的控制(图2)；集成1个单模双向光模块，组成1路双向的光纤通路，完成对数据的收发；集成一片PCI桥接芯片，实现CPCI总线接口功能。CPCI接口可以实现CPCI主机设备对传输卡的访问和控制。

附图说明

图1基于CPCI的光纤数据传输卡结构图；

图2光纤数据传输卡数据流示意图；

图3基于CPCI的光纤数据传输卡电路顶层视图；

图4FPGA配置电路图；

图5PCI9030电路及其配置电路；

图6CPCI总线接口示意图；

图7光纤收发模块电路图；

图8数据串并转换模块电路图；

图9USB接口；

图10电源监视电路图；

图11时钟模块电路图；

图12光纤传输协议示意图。

具体实施方式

本发明是基于CPCI总线的光纤数据传输卡的设计(图3)，一路单模光纤传输的数据经过光纤收发模块转化为串行的电信号，接着高速串行数据通信接收芯片CY7B933完成数据的串行转并行和数据的物理层解码，解码后的数据存入FPGA内的FIFO中，最后通过CPCI接口送入CPCI工控机的内存中。使用一片FPGA芯片完成了逻辑接口的互联以及CPCI本地控制器的功能，配合PCI9030桥接芯片实现了CPCI总线通信。

1.FPGA主芯片的选择

采用大规模的FPGA，可以在内部构造大容量的FIFO作为缓存，同时FPGA是本系统的主控芯片，光电转换模块、解串模块的控制电路和CPCI的本地总线控制器都需要在FPGA中实现，这就要求所选FPGA必须有足够的逻辑单元，本发明选用Xilinx公司生产的Spartan-6LX系列的XC6SLX9-2FTG256C芯片。

2.FPGA的配置电路

配置是对FPGA进行编程的过程，每次上电后需要进行配置是基于SRAM工艺FPGA的一个特点。在FPGA内部，有许多可编程的多路器、逻辑、互连线接点和RAM初始化内容等，都需要配置数据来控制。FPGA中的配置RAM就起到这样一个作用，它存放了配置数据的内容。本发明使用了AS配置方式，FPGA的配置电路见图4。

3.CPCI总线接口的实现

采用CPCI协议转换芯片PCI9030配合FPGA完成CPCI总线接口的设计，用单片FPGA实现信号的串并转换、数据缓冲以及时序协调和传输控制等以前使用分立元件实现的功能，完成数据的高速传输。CPCI总线接口示意图见图5。

4.PCI9030的配置

PCI9030本质上是一个桥接设备，负责把CPCI总线对某一段CPCI总线地址空间的各种操作(包括读、写等)转换为相应的本地总线上的操作。因此配置寄存器的任务就是要把某一段本地地址映射为CPCI总线地址，也就是说当X86主板CPU要访问本地地址空间时要知道其对应的CPCI总线地址。