可重构pxi串行通讯卡及采用该通讯卡实现远程重构的方法
【专利摘要】可重构PXI串行通讯卡及采用该通讯卡实现远程重构的方法，涉及PXI可重构串行通讯技术。它为了解决PXI3U板卡通用性差、且维护不方便的问题。本发明的可重构仪器平台与功能板之间采用栈接的方式连接，功能板设置在可重构仪器平台的背面且可拆卸，连接信号为FPGA的I/O信号。在建立完整的网络服务器后，FPGA接收远程配置计算机发来的配置文件。本发明能够通过重构功能解决不同通讯协议卡数目多、系统集成难度大、成本高的问题，实现不同协议的串行通讯功能，具有灵活性高、通用性强、易升级等优点。本发明适用于测试或其他系统。
【专利说明】可重构PXI串行通讯卡及采用该通讯卡实现远程重构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种PXI可重构串行通讯技术。
【背景技术】
[0002]针对不同的被测对象，一般需要使用不同的串行通讯比如RS422或者RS485，同时针对不同的被测对象，经常需要使用不同的通讯协议，比如HDLC、SDLC、UART等。本次设计的PXI可重构串行通讯卡，可以通过本地或者远程可重构的方式实现不同通讯电平标准以及不同通讯协议的相互切换。
[0003]在测试领域中，经常需要使用不同的通讯协议，传统的PXI3U板卡将可重构仪器平台与功能板集成在一块板上，导致PXI3U板的通用性很差。如果使用不同的通讯卡实现不同的通讯协议，设备集成难度大，并且成本高。当使用可重构的方式实现不同协议时，具有很多优势，例如:(I)可以使用一块可重构串行通讯卡替代多个固定协议的专用串行通讯卡，有利于系统的集成，降低系统开发成本；(2)通过远程可重构功能，可以实现通讯协议的远程更新、升级、优化等，大大降低了测试设备的维护维修成本等等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决PXI3U板卡通用性差、维护不方便的问题，提供一种可重构PXI串行通讯卡及采用该通讯卡实现远程重构的方法。
[0005]本发明所述的可重构PXI串行通讯卡，包括可重构仪器平台I和功能板2，其特征在于:
[0006]所述可重构仪器平台I包括FPGA1-1、以太网接口电路1_2、DDR2SDRAM接口电路1-3、PXI接口电路1-4、电源转换电路1-5、System ACE控制器1-6和CF卡1_7，所述以太网接口电路1-2的网络信号端连接FPGAl-1的网络信号端，DDR2SDRAM接口电路1_3的存储/读取信号端连接FPGAl-1的存储/读取信号端，PXI接口电路1-4的FPGA总线数据端连接FPGAl-1的PXI总线数据端，电源转换电路1-5的电源信号端连接FPGAl-1的电源信号端，System ACE 控制器 1-6 的 CFGJTAG(Configration JTAG)端 口连接 FPGA1-1 的 SystemACE信号端，System ACE控制器1-6的CF卡接口连接CF卡；
[0007]所述功能板2包括IL422接口电路2_1、连接器2_2和隔离电源2_3，所述IL422接口电路2-1的外部设备信号端连接连接器2-2的接口电路信号端，隔离电源2-3用于对功能板提供工作电源；
[0008]功能板2设置在可重构仪器平台I的背面，IL422接口电路2_1的I/O信号端连接FPGAl-1的I/O信号端，可重构仪器平台I上设置有两个槽位，所述两个槽位用于连接PXI机箱。
[0009]采用上述可重构PXI串行通讯卡实现远程重构的方法通过以下步骤实现:
[0010]步骤一、建立网络服务器；执行步骤二 ；[0011]步骤二、与远程配置计算机连接；执行步骤三；
[0012]步骤三、FPGAl-1接收远程配置计算机发来的配置文件；执行步骤四；
[0013]步骤四、FPGAl-1接收配置区域代号；执行步骤五；
[0014]步骤五、判断配置区域是否有配置文件，如果判断为是，执行步骤六；否则，执行步骤七；
[0015]步骤六、删除该配置区域已有的配置文件，并写入步骤三所述的配置文件；执行步骤八；
[0016]步骤七、将步骤三所述的配置文件写入该配置区；执行步骤八；
[0017]步骤八、判断是否配置成功；如果判断结果为是，执行步骤九；否则，返回执行步
骤二 ；
[0018]步骤九、发送“写入成功”命令给远程配置计算机，结束一次远程重构。
[0019]本发明所述的可重构PXI串行通讯卡采用可重构仪器平台I与功能板2分开的方案。可重构仪器平台I与功能板2之间采用栈接的方式连接，功能板2通过两个槽位连接在可重构仪器平台I的背面，连接信号为FPGA的I/O信号，两个槽位增加了串行通讯的路数。FPGAl-1内部设置有配置口功能模块、XPS ACE功能模块、UART功能模块、TEMAC控制器功能模块和MPMC功能模块，所述的配置口功能模块与XPS ACE功能模块用于与SystemACE控制器1-6传输信号，UART功能模块用于与RS232进行串行通讯，TEMAC控制器功能模块用于通过以太网与远程配置计算机传输数据，MPMC功能模块用于与DDR2SDRAM接口电路进行数据传输。这样不仅有效的解决了 PXI3U板卡尺寸的限制问题，而且可以使用同一个可重构仪器平台，通过设计并更换不同的功能板，实现不同的仪器功能，很好的降低了可重构仪器的设计难度，缩短了仪器开发的周期，降低了仪器成本。
[0020]采用上述可重构PXI串行通讯卡实现远程重构的方法建立完整的网络服务器后，FPGAl-1接收远程配置计算机发来的配置文件，能够通过重构功能解决不同通讯协议卡数目多、系统集成难度大、成本高的问题，实现不同协议的串行通讯功能，具有灵活性高、通用性强、易升级等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为实施方式一所述的可重构PXI串行通讯卡的结构框图；
[0022]图2为本地可重构系统方案原理框图；
[0023]图3为远程可重构方案原理框图；
[0024]图4为实施方式二所述的采用可重构PXI串行通讯卡实现远程重构的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]【具体实施方式】一:结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的可重构PXI串行通讯卡，包括可重构仪器平台I和功能板2，所述可重构仪器平台I包括Fpga1-UWA网接口电路1_2、DDR2SDRAM接口电路1_3、PXI接口电路1-4、电源转换电路l_5、System ACE控制器1-6和CF卡1-7，所述以太网接口电路1-2的网络信号端连接FPGAl-1的网络信号端，DDR2SDRAM接口电路1_3的存储/读取信号端连接FPGAl-1的存储/读取信号端，PXI接口电路1-4的FPGA总线数据端连接FPGAl-1的PXI总线数据端，电源转换电路1_5的电源信号端连接FPGAl-1的电源信号端，System ACE控制器1-6的CFGJTAG (Conf igrationJTAG)端口连接FPGAl-1的System ACE信号端，System ACE控制器1-6的CF卡接口连接CF卡；
[0026]所述功能板2包括IL422接口电路2_1、连接器2_2和隔离电源2_3，所述IL422接口电路2-1的外部设备信号端连接连接器2-2的接口电路信号端，隔离电源2-3用于对功能板提供工作电源；
[0027]功能板2设置在可重构仪器平台I的背面，IL422接口电路2-1的I/O信号端连接FPGAl-1的I/O信号端，可重构仪器平台I上设置有两个槽位，所述两个槽位用于连接PXI机箱。
[0028]图1给出了可重构串行通讯模块的整体框图，其中可重构仪器平台I作为本地和远程重构功能的硬件基础，包含FPGAl-1系统，功能板2包括实现四通道串行通讯电平转换的IL422接口电路2-1和隔离电源2-3。
[0029]由于PXI3U板卡尺寸小，同时为了适应通用化的可重构仪器的设计需求，本设计采用可重构仪器平台I与功能板2分开的方案。可重构仪器平台I与功能板2之间采用栈接的方式连接，功能板2设置在可重构仪器平台I背面，功能板2与可重构仪器平台I的连接信号为FPGAl-1的I/O信号。由于功能板2设置在可重构仪器平台I的背面，增加了PXI3U板卡的厚度，因此PXI3U板卡与PXI机箱连接时需占用两个槽位，这种设计方式不仅增加了串行通讯的路数，更重要的是功能板2可拆卸，使得可重构仪器平台I具有通用性。FPGAl-1内部设置有配置口功能模块、XPS ACE功能模块、UART功能模块、TEMAC控制器功能模块和MPMC功能模块，所述的配置口功能模块与XPS ACE功能模块用于与System ACE控制器1-6传输信号，UART功能模块用于与RS232进行串行通讯，TEMAC控制器功能模块用于通过以太网与远程配置计算机传输数据，MPMC功能模块用于与DDR2SDRAM接口电路进行数据传输。这样不仅有效的解决了 PXI3U板卡尺寸受限的问题，而且可以使用同一个可重构仪器平台1，通过设计并更换不同的功能板2，实现不同的仪器功能，很好的降低了可重构仪器的设计难度，缩短了仪器开发的周期，降低了仪器成本。
[0030]【具体实施方式】二:结合图4说明本实施方式，本实施方式是采用实施方式一所述的可重构PXI串行通讯卡实现远程重构的方法，其特征在于:所述方法通过以下步骤实现:
[0031]步骤一、建立网络服务器；执行步骤二 ；
[0032]步骤二、与远程配置计算机连接；执行步骤三；
[0033]步骤三、FPGAl-1接收远程配置计算机发来的配置文件；执行步骤四；
[0034]步骤四、FPGAl-1接收配置区域代号；执行步骤五；
[0035]步骤五、判断配置区域是否有配置文件，如果判断为是，执行步骤六；否则，执行步骤七；
[0036]步骤六、删除该配置区域已有的配置文件，并写入步骤三所述的配置文件；执行步骤八；
[0037]步骤七、将步骤三所述的配置文件写入该配置区；执行步骤八；
[0038]步骤八、判断是否配置成功；如果判断结果为是，执行步骤九；否则，返回执行步
骤二；[0039]步骤九、发送“写入成功”命令给远程配置计算机，结束一次远程重构。
[0040]可重构PXI串行通讯卡本地重构和远程重构功能，对于本地重构我们采用XilinxSystem ACE CF的配置方案，使用CF卡(或微硬盘)作为配置文件的存储器，其配置镜像数目为八种，对配置文件大小没有限制。另外，System ACE CF方案使用的CF卡1_7 (或微硬盘)都能够挺拔，因此当需要升级其中的内容时，可以将其从系统中拔出，插到计算机上完成。这为现场升级带来了极大的方便，使用户可以将精力集中在提高系统的性能和缩短研发周期上，图2给出本地重构系统方案。将三位拨码开关连接在System ACE控制器配置区域地址上，可以把CF卡中的配置区域划分为八个配置区域，区域O存放出厂原始配置镜像，存放包含远程重构的片上系统镜像，区域1-5分别存放5种不同串行通讯协议镜像，区域6-7为备用区域。当需要本地重构切换配置镜像时，首先通过三位拨码开关选择相应的配置区域，然后触发按键，System ACE控制器1_6从CF卡1_7相应的配置区域读取相应的配置镜像，通过JTAG模式对FPGAl-1进行配置，从而实现相应的串行通讯协议。
[0041]远程可重构功能是在本地重构的基础上，由以太网接口电路1-2实现配置文件的网络传输并配合本地重构电路实现配置文件存储和配置。电路设计包括以太网接口电路1-2设计、DDR2SDRAM接口电路1_3设计以及CF卡1_7设计，其中CF卡1_7接口部分与本地重构相同。远程可重构方案原理框图如图3所示。
[0042]可重构仪器平台采用片上系统的设计方案，所述片上系统是指FPGA片上系统。在该片上系统中各外设控制器以IP核的形式同PowerPC处理器一起挂在PLB总线上，PowerPC处理器可通过访问各外设控制IP核实现对各个外设的控制。在电路中，以太网接口电路1-2作为网络接口，用于接收远程计算机发送过来的配置文件，以太网接口电路1-2设计采用以太网MAC层IP硬核与物理层PHY芯片相结合的方式，PHY层用88E1111芯片来实现，其与TEMAC控制器的连接方式为GMII。配置文件用System ACE控制器1_6和CF卡1-7来完成的存储。
[0043]远程重构过程中，处理器需要控制各个外设控制器，完成配置文件的网络传输与存储，因此需要设计相应的应用程序，并通过PowerPC处理器执行相关的程序完成远程重构。其中，配置文件通过以太网传输，文件存储通过对System ACE控制器1-6中的SystemACE芯片的控制实现。
[0044]远程重构移植Light Weigh IP协议栈完成以太网TCP/IP相关协议，配置文件的存储使用FATFS文件系统。Light Weigh IP协议栈包括提高性能的RAW API和多线程情况下使用的Socket API两种工作模式，本次设计使用RAW API进行TCP/IP编程，这样可以使应用程序的代码和TCP/IP协议栈的代码很好地结合起来。程序的执行机制是以回调函数为基础的事件驱动模式。RAW API接口函数不仅在程序代码的执行时间上更快，而且在运行中它也占用更少的内存资源，因此它非常适合内存较小的嵌入式片上系统使用。
[0045]采用可重构PXI串行通讯卡实现远程重构，首先要建立完整的网络服务器，其次连接可重构仪器平台I和远程计算机，接收配置文件和配置区域代号，然后判断配置区域是否有旧的配置文件的存在:如果有旧的配置文件，则首先删掉旧的配置文件，然后将新接收的配置文件存入该区；如果之前没有旧的配置文件，则直接将配置文件存入该区域。最后，配置写入成功后向远程计算机发送“写入成功”的命令；如果配置不成功，则需要返回“与远程配置计算机连接”这一步再依次进行以下步骤直至配置成功。[0046]上述远程重构的方法能够解决不同通讯协议卡数目多、系统集成难度大、成本高的问题，通过重构功能实现不同协议的串行通讯功能，具有灵活性高、通用性强、易升级等优点。
[0047]【具体实施方式】三:本实施方式是对实施方式三所述的采用可重构PXI串行通讯卡实现远程重构的方法的进一步限定:CF卡1-7中的配置区域的数量为8个，分别为区域O至区域7，所述区域O用于存放出厂原始配置镜像和包含远程重构方法的片上系统镜像，区域I至区域5分别存放5种不同串行通讯协议镜像，区域6和区域7为备用区域。
【权利要求】
1.一种可重构PXI串行通讯卡，包括可重构仪器平台(I)和功能板(2)，其特征在于: 所述可重构仪器平台(I)包括FPGA(1-1)、以太网接口电路(1-2)、DDR2SDRAM接口电路(1-3)、PXI 接 口电路(1-4)、电源转换电路(1-5)、System ACE 控制器(1_6)和 CF 卡(1_7)，所述以太网接口电路(1-2)的网络信号端连接FPGA(1-1)的网络信号端，DDR2SDRAM接口电路(1-3)的存储/读取信号端连接FPGA (1-1)的存储/读取信号端，PXI接口电路(1_4)的FPGA总线数据端连接FPGA(1-1)的PXI总线数据端，电源转换电路(1_5)的电源信号端连接FPGA(1-1)的电源信号端，System ACE控制器(1-6)的CFGJTAG端口连接FPGA(1-1)的System ACE信号端，System ACE控制器(1-6)的CF卡接口连接CF卡； 所述功能板(2)包括IL422接口电路(2-1)、连接器(2_2)和隔离电源(2_3)，所述IL422接口电路(2-1)的外部设备信号端连接连接器(2-2)的接口电路信号端，隔离电源(2-3)用于对功能板提供工作电源； 功能板(2)设置在可重构仪器平台(I)的背面，IL422接口电路(2-1)的I/O信号端连接FPGA(1-1)的I/O信号端，可重构仪器平台(I)上设置有两个槽位，所述两个槽位用于连接PXI机箱。
2.根据权利要求1所述的可重构PXI串行通讯卡，其特征在于:所述的FPGA(1-1)采用 Virtex-5FXT 型 FPGA 实现。
3.采用权利要求1所述的可重构PXI串行通讯卡实现远程重构的方法，其特征在于:所述方法通过以下步骤实现: 步骤一、建立网络服务器；执行步骤二 ； 步骤二、与远程配置计算机连接；执行步骤三； 步骤三、FPGA(1-1)接收远程配置计算机发来的配置文件；执行步骤四； 步骤四、FPGA (1-1)接收配置区域代号；执行步骤五； 步骤五、判断配置区域是否有配置文件，如果判断为是，执行步骤六；否则，执行步骤七； 步骤六、删除该配置区域已有的配置文件，并写入步骤三所述的配置文件；执行步骤八； 步骤七、将步骤三所述的配置文件写入该配置区；执行步骤八； 步骤八、判断是否配置成功；如果判断结果为是，执行步骤九；否则，返回执行步骤二 ； 步骤九、发送“写入成功”命令给远程配置计算机，结束一次远程重构。
4.根据权利要求3所述的采用可重构PXI串行通讯卡实现远程重构的方法，其特征在于:CF卡(1-7)中的配置区域的数量为8个，分别为区域O至区域7，所述区域O用于存放出厂原始配置镜像和包含远程重构方法的片上系统镜像，区域I至区域5分别存放5种不同串行通讯协议镜像，区域6和区域7为备用区域。
【文档编号】H04L29/08GK103561116SQ201310589385
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】王少军, 赵光权, 彭宇, 刘大同, 付振鹏, 庞业勇 申请人:哈尔滨工业大学