基于cpci总线的动态可重构系统

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1、基于CPCI总线的动态可重构系统

2、第1摘　要：本文提出了一种基于CPCI总线和可编程片上系统的动态可重构系统平台,深入研究了软硬件动态可重构设计思想,开发了基于CPCI总线的软硬件动态可重构系统原理样机,指出了动态可重构目标系统的良好应用前景。　　一、引言　　工控机是适应工业控制领域的高可靠度（HighAvailability,HA）要求而专门研制的专用计算机。随着通信及工业控制应用领域对HA需求的不断提高，基于CPCI总线标准的专用计算机系统被研制出来并将全面取代PC体系中的PCI总线标准。CPCI总线的现行标准为PICMG2.0pactPCI，pactPCI规范是由PICMG(PCIIn

3、dustrialputerManufacture'sGroup,PCI工业计算机制造商联盟)制定的，它定义了更加坚固耐用的PCI版本，用于工业和嵌入式应用。在电气、逻辑和软件功能方面，它与PCI标准完全兼容。CPCI总线目标插卡由软件和硬件两大部分构成，是一个典型的嵌入式系统。CPCI总线插卡可以是通用功能的板卡，如千兆以太网卡、数据采集卡等，但是通用板卡往往不能满足特定项目中的应用需求，因此许多公司自行研发针对具体项目需求的CPCI总线板卡。由于项目需求的多样性，需要研制CPCI总线板卡的类型也非常丰富，而传统的CPCI总线开发模式不具备软硬件可重构特征，因此导致开发成本较高，许多工作就无

4、法充分开展。我们正式基于实际项目需求，提出了这样一种动态可重构CPCI总线目标系统的基本框架。二、动态可重构系统工作原理　　基于PICMG2.0规范的CPCI总线板卡通过CPCI总线与主CPU进行数据和指令交换，支持多目标系统（即多插卡，根据插卡ID区分并分配独立的中断、I/O和存储空间映射资源），CPCI总线可以是32位也可以是64位，总线位宽和速度取决于系统插槽及底板的位宽和速度。典型的CPCI总线动态可重构目标系统框架结构如图1所示。　　CPCI总线目标系统由可重构硬件和可重构软件两大部分构成，其显著特点就是硬件系统也和软件系统一样，具有实时在线可重构特征；CPCI目标系统与外部系统

5、通过通用接口进行连接，典型为高速A/D、D/A以及其它高速通信接口；可以通过主机（即系统插槽）对CPCI目标系统的软硬件进行在线加载并启动工作，执行加载配置软件所规定的功能。500)this.style.ouseg(this)">　　这种CPCI总线动态可重构系统的硬件平台是工作在超大规模可编程逻辑器件（FPGA）的，利用FPGA的在线可编程特性实现CPCI总线目标系统的动态重构，软件可重构则通过对FPGA和DSP配置程序存储器进行刷新并重新复位处理器实现。　　基于CPCI总线目标系统的软硬件可重构特性，可以利用统一的CPCI总线目标插卡（而不是各种各样完成特定功能的CPCI总线目标插卡）

6、完成不同的处理功能，而且同一个CPCI机箱中可以插入多块这样的CPCI总线模块实现更加复杂的功能。三、动态可重构系统设计实现1.硬件动态可重构系统的实现　　通过对CPCI总线动态可重构系统的需求特征分析，我们设计了一种基于XilinxFPGA、AlteraFPGA和TIDSP的CPCI总线动态可重构应用平台，如图2所示。同时采用XilinxFPGA和AlteraFPGA是由于这两大类型的FPGA代表了世界最先进的可编程逻辑设计水平，并在众多项目设计中可能同时使用这两种FPGA，而采用TIDSP则几乎是绝大部分信号处理设计工程项目的共同选择。当然，只要稍加修改，该设计即可兼容其它类型的可编程

7、逻辑和处理器。　　CPCI总线动态可重构目标系统由主控制逻辑、PCI控制器、FPGA及其配置存储器、DSP及其配置存储器、外部设备标准接口五大部分构成。　　主控制逻辑是CPCI总线动态可重构目标系统的核心，它通过对PCI控制器的访问，从主控计算机获取配置数据，在主控制计算机的指令控制下，将硬件配置文件和软件配置文件分别加载到FPGA和DSP的配置存储器中，并对FPGA和DSP进行复位，执行最新配置程序。主控制逻辑基于可编程片上系统（SystemonProgrammableChip）设计思想，由一个内嵌32位微处理器内核的XilinxFPGA实现，这种实现方法的优点是处理器、存储器和外围逻辑设

8、计单芯片实现，集成度高、设计灵活，可适应对各种不同类型的可编程逻辑和微处理器配置需求。500)this.style.ouseg(this)">　　CPCI控制器采用Cypress公司的CY7C09449，该芯片具有片内大容量双口RAM（16KB），可实现高速DMA数据传输，而且主控制逻辑可以直接控制该芯片而无需插入其它胶合控制逻辑。　　FPGA及其配置存储器指AlteraFPGA及其配置存储器。FPGA的