一种基于vpx总线的fmc结构3u通用载板的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于VPX总线的FMC（FPGAMezzanineCard）结构3U通用载板，属于计算机领域。针对现如今FPGA（Field－ProgrammableGateArray）、DSP（DigitalSignalProcessing）、CPU技术不断发展，传统的并行总线已经不能满足大带宽、高速率的要求。提供了一款符合VPX标准，板载一片Virtex6系列的FPGA，可连接不同FMC子板实现多种功能的3U板卡。本发明基于VITA46（VMEInternationalTradeAssociation46）标准，通过高速的PCIe（PeripheralComponentInterconnectExpress）总线做为板内的互联总线，包括电源模块、VPX连接器、FMC连接器以及FPGA芯片，提高了有效通信带宽；采用FMC结构设计，增强了板卡通用性设计，可搭载不同子板，实现多种功能。
【专利说明】—种基于VPX总线的FMC结构3U通用载板
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于VPX总线的FMC结构3U通用载板，属于计算机领域，提供了一款符合VPX标准，可连接多种FMC子板，实现多种功能的3U板卡。
【背景技术】
[0002]一方面、随着集成电路、计算机处理技术和软件技术的飞速发展，航天航空领域的数据处理系统平台呈现出以下发展趋势:通信带宽越来越宽、传输速率越来越高、实时处理性能也对处理平台的性能提出了更高的要求。因此，需要数据处理平台具有更高的总线传输带宽、更强的运算能力和更灵活的数据交互能力。而基于传统分级共享式并行总线的处理平台(如 CPCI (Compact Peripheral Component Interconnect)> VME (Versa ModuleEurocard)等平台)，总线时钟频率和总线接口宽度决定了处理平台的基本性能注定不能满足这些新的需求。
[0003]VPX是由VITA组织制定的用以满足恶劣环境下高可靠性、高带宽要求的下一代高级计算平台标准，模块间定义了 Serial RapidIO、PCI Express、Fibre Channel、InfiniBand、Hyper一transport、10GB以太网等高速串行总线，传输速率可高达30Gbps,并且具有超强的数据出阿里能力，能充分解决以上的新需求，因此，基于VPX总线架构的通用加固计算机是未来航天航空领域数据处理系统的发展方向。
[0004]另一方面，随着市场需求的多元化，针对复杂的电路设计提出了更高的要求，不难看到很多时候当某些具体的小功能要求发生了变化，一块功能庞大的电路版就造成了资源浪费，而且也造成了相应的经济损失。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对以上需求，提出了一种基于VPX总线的FMC结构3U通用载板，既可以满足高速率、高带宽数据处理的需求，又能解决板卡设计灵活性设计的问题，能结合各种功能子板实现不同的功能。
[0006]本发明的设计方案如下:一种基于VPX总线的FMC结构的3U通用载板，该通用载板包含:电源模块、VPX连接器、FMC连接器以及FPGA芯片，所述FPGA芯片选用Virtex_6HXT FPGA ;所述 FPGA 芯片外挂两片 256MB DDR2 SDRAM。
[0007]所述FPGA芯片包含:前端接口模块、数据缓存模块及后端接口模块。
[0008]基于VPX总线的FMC结构的3U通用载板的设计方法，包括板内信号处理与传输、载板与背板之间的信号处理与连接、载板与功能子板之间的信号处理与连接及结构设计，其特征在于:
载板采用一片Virtex 6系列的FPGA为核心，外挂512M的DDR2内存；支持FMC-HPC、千兆以太网、2路X4 PCIe，其中PCIe接口通过修改软件改为sRIO，板卡通过VPX接口提供5V和3.3V供电，其中3.3V为主供电；
载板与背板采用VPX的PI连接器进行连接，通过千兆以太网或PCIeX4进行数据传输； 载板与功能子板采用FMC结构的连接器，完成于各个功能子板的数据传输；
载板结构完全符合VITA46的3U板卡的设计标准，能适用于任何符合VITA46标准的背板机箱。
[0009]基于FMC标准，通过为载板上FPGA提供标准的子板尺寸、连接器和模块接口，实现I/o接口与FPGA分离，简化I/O接口模块设计，最大化提高子卡的重复利用率。
[0010]最高支持533MT/S，并支持用户二次开发。
[0011]本发明的有益效果是:基于FMC子卡互联结构设计，不仅可以实现用户需求的多种独立单项功能，而且还打破了对子卡PCB板的元件面积的限制，使得设计工作更加灵活；特别是针对带CPU的接口载板的子板，可以满足用户的不同要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明设计的系统原理框图。
[0013]图2是设计的本发明的正视图。
[0014]图3是设计的本发明的俯视图。
[0015]图4是本发明使用的FMC连接器。
[0016]图5适用于本发明的一种通用的FMC结构的2路CameraLink输入/输出子板。
[0017]具体实现方式
参见图1，一种基于VPX总线的FMC结构3U通用载板的系统原理框图。其中，FPGA芯片选用Virtex-6 HXT FPGA，最高多达64个GTH串行收发器可提供高达11.2Gbps带宽；FPGA外挂外挂两片256MB DDR2 SDRAM，32bit位宽，最高支持533MT/s ;与VPX标准Pl接口可支持I路千兆以太网或2路PCIe X4，其中PCIe接口可修改改为sRIO ;与功能子板采用FMC结构的连接器,完成于各个功能子板的数据传输,支持高达10 Gb/s的信号传输速率，子板和载板之间潜在总带宽达40 Gb/s ;板卡通过VPX的Pl接口提供5V和3.3V供电。其中3.3V为主供电。
[0018]FPGA芯片有前端接口模块、数据缓存模块及后端接口模块组成。前端接口模块主要完成从FMC接口按照时序读取数据或信号；数据缓冲模块主要完成输入时钟域、输出时钟域的隔离、SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)时序控制、各个输入通道、输出通道及SDRAM数据流的控制和通道数据检测及中断状态监控等功能；后端接口模块主要负责PCIe接口(或者是千兆以太网)与local bus的通信，完成与local bus进行握手操作、接收local bus端发送的写的相关信号、地址以及数据信号。
[0019]本发明基于FMC标准，通过为载板上FPGA提供标准的子板尺寸、连接器和模块接口，实现I/o接口与FPGA分离，简化1/0接口模块设计，最大化提高载卡的重复利用率。
[0020]本发明的载板结构完全符合VITA46的3U板卡的设计标准，能适用于任何符合VITA46标准的背板机箱，可以与不同的功能子板(通用货架COTS或符合VPX标准的功能子板)配合使用，实现不同的功能。
[0021]参见图2，是本发明设计的实物图。
[0022]参见图3，是本发明使用的FMC连接器。
[0023]图4是一种通用的FMC的2路CameraLink输入/输出子板基于本发明的一种应用，该CameraLink子板用于视频信号检测，分析等应用，将该CameraLink子板直接安装到本发明的载板上，然后将载板安装到符合VPX标准机箱上，进行数据的采集和处理。
【权利要求】
1.一种基于VPX总线的FMC结构的3U通用载板，该通用载板包含:电源模块、VPX连接器、FMC连接器以及FPGA芯片，其特征在于:所述FPGA芯片为Virtex_6 HXT FPGA ;所述FPGA 芯片外挂两片 256MB DDR2 SDRAM。
2.如权利要求1中所述的一种基于VPX总线的FMC结构的3U通用载板，其特征在于:所述FPGA芯片包含:前端接口模块、数据缓存模块及后端接口模块。
3.一种如权利要求1中所述的基于VPX总线的FMC结构的3U通用载板的设计方法，包括板内信号处理与传输、载板与背板之间的信号处理与连接、载板与功能子板之间的信号处理与连接及结构设计,其特征在于: (1)载板采用一片Virtex6系列的FPGA为核心，外挂512M的DDR2内存；支持FMC-HPC、千兆以太网、2路X4 PCIe，其中PCIe接口通过修改软件改为sRIO，板卡通过VPX接口提供5V和3.3V供电，其中3.3V为主供电； (2)载板与背板采用VPX的PI连接器进行连接，通过千兆以太网或PCIeX4进行数据传输; (3)载板与功能子板采用FMC结构的连接器，完成于各个功能子板的数据传输； 载板结构完全符合VITA46的3U板卡的设计标准，能适用于任何符合VITA46标准的背板机箱。
4.如权利要求3所述的载板设计方法，其特征在于:基于FMC标准，通过为载板上FPGA提供标准的子板尺寸、连接器和模块接口，实现I/O接口与FPGA分离，简化I/O接口模块设计，最大化提高子卡的重复利用率。
5.如权利要求4所述的载板设计方法，其特征在于:最高支持533MT/S，并支持用户二次开发。
【文档编号】G06F1/18GK103777716SQ201310618147
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】不公告发明人 申请人:北京华科博创科技有限公司