[实用新型]基于FPGA芯片的总线扩展装置

说明书

基于FPGA芯片的总线扩展装置，主控制器和FPGA芯片分别通过第一SPI总线、地址线通信连接；还设有第一中断引脚，FPGA芯片还可通过第一中断引脚向主控制器发送第一中断信号；FPGA芯片和若干智能卡控制器通过若干第二SPI总线通信连接；还设有第二中断引脚，若干智能卡控制器分别通过第二中断引脚向FPGA芯片发送第二中断信号。本实用新型在保持SPI总线传输速率的前提下大幅提升了SPI总线挂接从机的数量，扩展性强。

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体地说是一种基于FPGA芯片的总线扩展装置。

背景技术

在云通信领域及一些需要对智能卡进行管理的行业，常常需要智能卡管理装置；这种装置需要对大量的智能卡进行信息采集、管理、并实时与客户端进行交互应用。

由于智能卡数量众多，因此需要大量的智能卡控制器来与智能卡直接连接，从而实现对智能卡的操作。而在主控制器与智能卡控制器之间常常会使用SPI等高速（相对于UART）易用的通信接口来通信。

SPI是一种使用简单、速率高、扩展性好的四线同步串行通信接口。它由MISO、MOSI、CS、CLK四线连接主机与从机进行通信。由于主控制器的SPI接口数量都是非常有限的，一般2~3个。并且，由于电路的寄生电容，接口阻抗等原因，会使得数据接口的频率特性下降。SPI总线挂接的从机越多，接口的寄生电容越大。而寄生电容将严重影响通信的速率及准确性。因此需要有种行之有效的手段来扩展SPI总线接口。

为了改善SPI多机通信中因从机过多导致的信号质量下降、速率下降的问题，已经有部分从业者着手进行了研究，例如其中一种简便的改善方法是在主机的信号输出后使用信号驱动器来增强信号的驱动能力，但是它会导致元件过多，布线复杂，且扩展性有限。因此效果非常有限。

此外，还有另外一种方式是使用多路器将信号分别传输至从机，其优势在于不需要大量的门电路来扩充每一根信号线，从而使得电路变得简洁；另外CS线（片选信号）可以更精简。但是依旧存在多路器的通道数有限、有开关延迟的问题。并且标准SPI接口并没有中断引脚，因此主机与所有从机的数据通信必须靠主机的轮询来实现。

发明内容

本实用新型为解决现有的问题，旨在提供一种基于FPGA芯片的总线扩展装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案包括主控制器、FPGA芯片和若干智能卡控制器，FPGA芯片和主控制器分别通过第一SPI总线、地址线通信连接；FPGA芯片还设有第一中断引脚，第一中断引脚和主控制器电连接并向其发送第一中断信号；

若干智能卡控制器和FPGA芯片通过若干第二SPI总线通信连接；若干智能卡控制器还分别设有第二中断引脚，第二中断引脚和FPGA芯片电连接并向其发送第二中断信号。

其中，主控制器与智能卡控制器通信时，通过地址线向FPGA芯片发送智能卡控制器地址信息，FPGA芯片通过第二SPI总线与智能卡控制器建立通信，并发送第一中断信号通知主控制器。

其中，智能卡控制器与主控制器通信时，通过第二中断引脚向FPGA芯片发送第二中断信号，FPGA芯片向主控制器发送第一中断信号、地址信息。

其中，主控制器使用八个GPIO口作为地址线连接在FPGA芯片的八个IO口上，即所述八个GPIO口构成了一个字节的八个比特位。

其中，主控制器的第一SPI总线的CLK、MISO、MOSI分别连接至FPGA芯片上的三个IO口，而CS线悬空。

其中，所述若干智能卡管理器的第二SPI总线的四条线分别连接至FPGA的四个IO口。