基于NiosⅡ的1553B總線通訊模塊設(shè)計與開發(fā)
自2005年9月LXI總線推出以來,已經(jīng)顯示出其組建測試系統(tǒng)的眾多優(yōu)點?;贚XI總線組建測試系統(tǒng)具有易于使用、靈活性高、模塊化和可擴縮性、實現(xiàn)更快的系統(tǒng)吞吐率、可分布式應(yīng)用、長壽命、低成本、通過IEEE1588時鐘同步、機架空間小、合成儀器等諸多優(yōu)點。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/268250.htm1553B總線的全名為“時分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”,國內(nèi)多型戰(zhàn)斗機、軍艦等武器平臺都采用其作為傳輸總線。因此研制基于LXI總線的1553B通訊模塊,不僅能滿足多型武器裝備對1553B總線的測試需求,也對LXI總線在國內(nèi)的研究和應(yīng)用有推動作用。
1 模塊總體方案
模塊基本設(shè)計指標為:滿足LXI規(guī)范C類儀器標準;支持DHCP、自動配置IP地址和手動配置IP地址;支持ICMP協(xié)議、TCP/IP協(xié)議和UDP協(xié)議;同步采用網(wǎng)絡(luò)命令方式;能完成1553B在BC模式下的所有功能。
根據(jù)指標要求采用基于SOPC的32位處理器+實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real Time Operation System,RTOS)總體方案,在一塊FPGA芯片上集成了控制器和邏輯單元,既降低了開發(fā)的難度、減少了模塊體積,也易于以后的升級。32位處理器有足夠的資源可以擴充利用,RAM和ROM可以做的足夠大,整個TCP/IP協(xié)議族可以做到系統(tǒng)里面去,甚至可以嵌入一個帶TCP/IP協(xié)議族的操作系統(tǒng)。
2 基于SOPC的硬件設(shè)計與開發(fā)
片上可編程系統(tǒng)(System on a Programmable Chip,SOPC)將處理器、存儲器、I/O口、LVDS和CDR等系統(tǒng)設(shè)計需要的功能模塊集成到一個PLD器件上構(gòu)建成一個可編程的片上系統(tǒng),是一種靈活高效的SOC解決方案。SOPC結(jié)合了SOC和可編程邏輯器件各自的優(yōu)點,具有靈活的設(shè)計方式、可剪裁、可擴充、可升級,并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能,成為SOC設(shè)計的新趨勢。
2.1 模塊硬件架構(gòu)
模塊硬件主要由NiosII軟核處理器、以太網(wǎng)組件、1553B總線組件、存儲器、片內(nèi)RAM、通用I/O接口和調(diào)試配置模塊7部分組成,架構(gòu)示意如圖1所示。
1)NiosII軟核處理器:模塊的CPU,負責(zé)系統(tǒng)工作調(diào)度。在其內(nèi)部移植了μC/OSII實時操作系統(tǒng)和LwIP協(xié)議;它接受客戶端通過以太網(wǎng)發(fā)送過來的請求,經(jīng)解析后回復(fù)Web界面或控制1553B功能接口;2)以太網(wǎng)組件(DM9000A):完成對以太網(wǎng)控制器的操作,將網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)控制器送到網(wǎng)際層,由NioslI軟核處理器內(nèi)的LwIP協(xié)議處理;或者將網(wǎng)際層送來的數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)接口發(fā)送出去:3)1553B總線組件(BU-61580):受NiosllI軟核處理器控制,完成在BC模式下各類消息和命令的發(fā)送及狀態(tài)的讀取;4)Flash存儲器:主要用來存儲模塊的一些固定參數(shù)和靜態(tài)Web界面;5)片內(nèi)RAM:RAM是在FPGA剩余邏輯中用Quartusll內(nèi)所帶的MegaWizard管理器生成的,這樣就不需要外加RAM芯片。片內(nèi)RAM主要是用來存儲程序運行過程中所接收和產(chǎn)生的一些數(shù)據(jù);6)通用I/O接口:用來完成對LED或按鍵的控制;7)JTAG調(diào)試模塊和EPCS配置模塊:J1TAG模塊用來完成對程序的調(diào)試工作。配置是對FPGA的內(nèi)容進行編程的過程,每次上電后都需要配置,EPCS配置模塊允許NioslI訪問EPCS串行配置器件。
具體開發(fā)主要有3部分工作:1)NiosII軟核處理器及其外設(shè)的設(shè)計。2)自定義宏功能模塊RAM的開發(fā),這部分工作在QuartuslI軟件中完成;3)應(yīng)用軟件程序的編寫,在NiosIIIDE軟件開發(fā)環(huán)境中完成。
2.2 模塊硬件設(shè)計
SOPC Builder是Altera公司為用戶自定義系統(tǒng)而開發(fā)的工具。用戶使用SOPC Builder可以將IP核、存儲器、接口、微處理器和自定義組件等復(fù)雜系統(tǒng)組件簡單又快速的集成到Ahera高密度FPGA芯片上。按照模塊硬件系統(tǒng)的要求,借助SOPC Builder生成的模塊硬件結(jié)構(gòu),包括:32位標準NiosII軟核處理器:cpu;JTAG調(diào)試接口:jtag-debug-module;外部SDRAM存儲器接口:sdram;Avalon三態(tài)橋:tri_state_brid ge;EPCS串行閃存控制器:EPCS_controller;外部FLASH存儲器接口:cfi_flash;定時/計數(shù)器:time0/timel;以太網(wǎng)接口:dm9000a;1553B接口:bu61580;LED接口:led;64KRAM接口:RAM;按鍵接口:key;系統(tǒng)識別模塊:sysid。
2.3 宏功能模塊RAM生成
CycloneII器件內(nèi)部的RAM塊只有M4K一種,可用來實現(xiàn)真正的雙端口、簡單雙端口和單端口的RAM,可以支持移位寄存器和ROM方式。用QuartusII內(nèi)所帶的MegaWizard管理器來生成RAM,首先運行MegaWizard管理器選擇“創(chuàng)建一個新的宏功能”,在出現(xiàn)的對話框內(nèi)選擇Insta lled Plug-Ins下的memory compiler下的RAM:1-PORT,如圖3所示。
在接下來的各頁中選擇如下參數(shù):數(shù)據(jù)線寬度16位;存儲64個字;自動單時鐘驅(qū)動;選擇生成*.v,*.bsf,*_inst.v,*_bb.v,*_waveforms.html 5個文件。其他參數(shù)默認即可。
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