基于CPCI接口的SpaceWire总线通讯模块设计
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在PCI9056与本地FPGA之间的 通信分为直接主模式（Direct Master Mode）、直接从模式（Direct Slave Mode）和DMA模式。由于PCI通信 要求达到SpaceWire总线网络的2Mbit/ s至400Mbit/s通讯速率（本板卡实现 了200Mbit/s），这里采用的芯片时钟 频率为66MHz，传输模式为直接从模 式，工作时序如图3所示，PCI9056为 主芯片，FPGA为从芯片。
件驱动的生成原理。
1 SpaceWire概述 SpaceWire 是为更好地满足星载
设备间高速数据传输需求而提出一种 高速的（2Mbit/s至400Mbit/s，目前 实现的宇航级节点设备之间的速度为 200Mbit/s）、点对点、全双工的串 行总线网络，在2003年1月正式成为 欧空局标准。它的提出主要致力于航 天器内有效载荷系统数据和控制信息 的处理, 以满足未来高性能高速数据 传输为目标, 提供了一种统一的用来 连接传感器、数据处理单元、大容量 存储器、遥测子系统以及电地支持 设备EGSE ( electronic ground support equipment ) 的基础架构。
大器LT 1012的输入电阻非常大，而 使进入运放的+端或–端的电流远小于 1μA 。否则将使计算结果产生较大 误差。
4.2 欲使放大器的放大倍数可以 改变（见图2）。通过调节电位器滑 臂的位置，即改变R 4/R 5的比值，就改 变了放大器的放大倍数了。注意：保 证R 4+R 5=200k 。
欲使放大器的放大倍数Auf=1时，
SpaceWire 标准具体包括了链 路、节点和路由三方面的内容。本文 着重讨论节点的功能，所谓SpaceWire 节点, 是指传输包的流出设备或者流 向设备, 可以是处理器、存储单元、 传感器、电地支持设备( EGSE ) 或连 接在SpaceWire总线网络上的其它单 元。
图1 AFDX终端系统结构框图
为了与PCI9056进 下转61
2014.6
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电路解析
但 是 当 Ui1 = −100V 及 Ui2 = 100V 时，流过放大器输入电阻 R1 或 R2 中
的电流为
，
，说明放大器有
很大的输入电阻，这是最可取的。该 放大器主要目的是增大输入电阻而非 电压放大倍数。这对于小输入电阻的 仪器仪表非常有用。这就要求运算放
的速率，同时该芯片还具备电源过流 故障时的短路保护。
PCI9056的引脚BD_SEL#是CPCI 接口中最小的插针之一，BD_SEL# 连接LTC1643L的使能引脚，低电平 时有效开启LTC1643L工作并同时给 板卡供电。R10是一个0.018欧姆， 0.5W，精度为1%的精密电阻，用于过 流保护的电压检测电阻。当板卡发生 故障导致电流超过额定值之后，R10 两端的压差将增大，SENSE引脚将此 过流信息反馈至LTC1643L电源管理 器，同时切断电源供应，起到电源过 流保护的功能。
FPGA控制模块：FPGA采用 Altera公司的EP3C55F484I7N芯片， 时钟频率采用80MHz，同时为了实现 SpaceWire总线传输速率，FPGA内部 采用了PLL对时钟进行了分频，实现4 路SpaceWire总线通信协议接口功能， 硬件实现LVDS信号传输，实现数据 通讯过程中产生的大量数据实现缓存 并与PCI9056通信接口等功能；
6 总结 本文是珠海欧比特公司为面向我
国航天应用研发的一款SpaceWire总线 节点终端板卡的一个实际应用设计方
案，并根据此方案完成了对每个功能 模块的结构和功能分析，欧比特公司 此已经对方案设计申请了专利保护。 此方案对今后SpaceWire总线在其它 任务中的应用具有重要的借鉴意义。
参考文献： [1] EMBC3000-CPCISPW型SpaceWire节点通讯板卡使用说明 书.欧比特控制工程股份有限公司.2013. [2] 康咏岐.面向航天应用的SpaceWire节点单元的IP核设计与实现 [J].微电子学与计算机，2005，22（9）:120-123。 [3] 陈健飞，曹松.SpaceWire总线接口终端的设计与实现[J].微计 算机信息:2010，26（82）:123-124。 [4] LTC1643L datasheet，PCI-Bus Hot Swap Controller， LINEAR TECHNOLOGY. [5] PCI 9056 Data Book, PLX TECHNOLOGY.
SRAM缓存器：4M字节的SRAM 用于实现存储SPW总线收发机制中产 生的大容量高速数据的缓存功能；
MDM9S接口模块：MDM9S接口 实现FPGA的LVDS信号与外部SPW设 备之间的接口功能；
PCI接口模块：实现PCI总线的 接口协议功能，通过CPCI接口实现 FPGA与上位机软件间进行数据的通 信，同时实现支持热插拔的板卡的电 源管理功能；
电源管理模块：与PCI9056芯片 以及CPCI接口共同完成设备的电源热 插拔功能。
3 CPCI接口电源电路分析 PCI设备的热插拔功能主要用于
具备CPCI接口的装置，热插拔功能 允许板卡随意从设备中插拔而不影响 装置操作系统的正常运行。电源芯片 电路如图2所示，LTC1643L是一个允 许CPCI型设备进行安全插入和拔出 的电源管理控制器，将系统的CPCI 插槽电源接入到SpaceWire板卡，图中 IRF7413是一个N型MOS管，用于控 制3.3V和5V的电源通断供应，而-12V 和+12V电源由片上开关供应，所有的 电压的上升时间可以达到一个可编程
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2 SpaceWire节点通讯板卡硬 件设计
EMBC1000-CPCISPW是欧比特公 司自主研制的完全遵循并实现ECSS-
责任编辑：于寅虎
Design Ideas
图2 CPCI接口电源管理模块 E-ST-50-12C协议规范的航天设备间的 高速SpaceWire数据总线的，支持热插 拔的CPCI接口的节点终端通讯板卡 （本板卡实现了200Mbit/s的速率）。 此SpaceWire总线节点通讯板卡可以嵌 入在航天子系统中，将航天子系统中 与其它SpaceWire网络之间连接，保证 航天子系统之间高速、实时、确定、 可靠地进行数据交换。硬件架构如图 l所示，分为FPGA控制模块、CPCI接 口电源管理模块、MDM9S接口模块 和SRAM缓存模块。各模块的功能如 下：
摘要：本文在对SpaceWire总线协议、SpaceWire节点的总体框架进行深 入分析的基础上,设计了支持热插拔的基于CPCI接口的高速SpaceWire数 据总线的节点通讯板卡的硬件系统，重点介绍了支持热插拔的CPCI接口 电源电路分析、FPGA与PCI9056接口模块时序分析和在Windriver软件环 境下的驱动程序的开发，为SpaceWire上位机底层驱动接口的开发以及今 后SpaceWire总线在其它任务中的应用打下了良好的基础。本文网络版地 址：/article/247468.htm 关键词： SpaceWire节点；高速串行总线；热插拔；CPCI接口；PCI9056 DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.014
目前，Lantiq公司在DSLTE、 DSL、LTE、GPON和FTTx等新技 术领域，均取得了非常快速的进 步。FTTx负责解决光纤入户成本 高的问题，其策略就是采取光纤+ 铜线的混合方式，从而把“光进铜 退”模式改为“光进铜不退”的低 改造成本模式。
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示卡，通过生产商的名字来选定。单 击“Memory”标签。该显示卡的三 个内存范围显示出来。内存范围中的 BAR2映射的是FPGA内的RAM缓存块 和专用寄存器，根据FPGA内核对这 些缓存块和寄存器的可读写定义，可 以在BAR2映射的区域里进行读写，若 写进去的数值跟读出来的数值一致， 表面CPCI接口通信正常。最后一步为 生成驱动代码：单击“Build | Generate code”菜单， Driver Wizard 将产生操 作硬件资源的函数，可以在用户模式 下在应用程序中直接使用这些函数， 这个向导还会产生一个样本程序来使 用这些函数操作硬件，上层界面的开 发可以直接调用这些API函数。
由式（1）得 Uo = 0.1(R4 / R5 + 1)Ui ， ， 即 R5 = R4 / 9 。 将 其 代 入 R4 + R5 = 200 ， 得 R4 = 180k 、
4.3 为了减小运算放大器LT 1012 的输入端的电压，取其值小于输入电 压的十分之一。如
上接59 行 高 效 的 数 据 通 信 ， FPGA内部划出了一部分
内存以配置成双口RAM的形式完成 PCI9056对SpaceWire数据的收发以及 相应控制寄存器的控制传输。
5 Windriver软件的驱动生产 通过PLXMON软件对PCI9056
的配置芯片进行配置后，可以利用 Windows操作系统中WinDriver自动 生成PCI驱动程序，步骤如下：首 先启动WinDriver Wizard，从开始菜 单，选择“程序 | WinDriver | Driver Wizard”；然后在Driver Wizard 菜单, 单击“File New Project”菜单来新建 一个工程，从即插即用列表中选择显
设计思路
责任编辑：于寅虎
基于CPCI接口的SpaceWire总线通讯模块 设计
Design of SpaceWire Bus Communication Module based on PCI Interface
彭杰 董文岳 蒋晓华 代威威 珠海欧比特控制工程股份有限公司(广东 珠海 519080)
引言 随着航天技术的进步和卫星与高
空探测技术的发展, 需要一种高速、 可扩展、低功耗、低成本的通用通讯 链路接口来满足星载高速数据传输要 求。SpБайду номын сангаасceWire 总线标准就是一种高 速的、点对点、全双工的串行总线网
络, 以IEEE1355-1995和LVDS 两个商业 标准相结合而提出的一种星载数据总 线。本文在研究SpaceWire 总线协议 的基础上，分析了基于CPCI接口的 SpaceWire节点通讯板卡的硬件实现架 构，并着重分析CPCI接口电路电源管 理功能、PCI桥接电路以及上位机软
4 PCI桥接电路分析 在SpaceWire总线节点终端系统与
航电计算机系统之间实现PCI通讯大 致有两个方式，其一就是采用可编程 器件作为一个独立的模块实现PCI协 议，另一种方式就是采用专用PCI协 议芯片。本系统的设计出于性能稳定 性和结构简易性方面的考虑，选择用 PLX公司生产的PCI9056集成芯片，该 芯片可以设置成多种传输模式，完成 SpaceWire总线节点与航电设备之间的 通信桥接功能。
Lantiq精于半导体解决方案助力实现宽带世界
通信网络带宽需求不断增加， 这一切源于不断增长的数据、视频 流、高能效、安全和大量的移动终 端，正因为如此以千兆以太网为核 心的宽带技术正在快速发展。
作为原德国英飞凌科技的有线 固网独立而成的Lantiq公司，如今 已经成长为宽带技术的领导企业。
Lantiq首席执行官Dan Artusi 表示，经 过20年的发展Lantiq已经宽带市场取 得了不错的成绩，其在语音市场占据 了65%的份额，SHDSL市场占据75% 的份额，DSL CO市场占据32%的份 额，DSL CPE市场占据32%的份额， CPE VoIP市场占据25%的份额，T1/ E1级运营商则有40%的份额。
件驱动的生成原理。
1 SpaceWire概述 SpaceWire 是为更好地满足星载
设备间高速数据传输需求而提出一种 高速的（2Mbit/s至400Mbit/s，目前 实现的宇航级节点设备之间的速度为 200Mbit/s）、点对点、全双工的串 行总线网络，在2003年1月正式成为 欧空局标准。它的提出主要致力于航 天器内有效载荷系统数据和控制信息 的处理, 以满足未来高性能高速数据 传输为目标, 提供了一种统一的用来 连接传感器、数据处理单元、大容量 存储器、遥测子系统以及电地支持 设备EGSE ( electronic ground support equipment ) 的基础架构。
大器LT 1012的输入电阻非常大，而 使进入运放的+端或–端的电流远小于 1μA 。否则将使计算结果产生较大 误差。
4.2 欲使放大器的放大倍数可以 改变（见图2）。通过调节电位器滑 臂的位置，即改变R 4/R 5的比值，就改 变了放大器的放大倍数了。注意：保 证R 4+R 5=200k 。
欲使放大器的放大倍数Auf=1时，
SpaceWire 标准具体包括了链 路、节点和路由三方面的内容。本文 着重讨论节点的功能，所谓SpaceWire 节点, 是指传输包的流出设备或者流 向设备, 可以是处理器、存储单元、 传感器、电地支持设备( EGSE ) 或连 接在SpaceWire总线网络上的其它单 元。
图1 AFDX终端系统结构框图
为了与PCI9056进 下转61
2014.6
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电路解析
但 是 当 Ui1 = −100V 及 Ui2 = 100V 时，流过放大器输入电阻 R1 或 R2 中
的电流为
，
，说明放大器有
很大的输入电阻，这是最可取的。该 放大器主要目的是增大输入电阻而非 电压放大倍数。这对于小输入电阻的 仪器仪表非常有用。这就要求运算放
的速率，同时该芯片还具备电源过流 故障时的短路保护。
PCI9056的引脚BD_SEL#是CPCI 接口中最小的插针之一，BD_SEL# 连接LTC1643L的使能引脚，低电平 时有效开启LTC1643L工作并同时给 板卡供电。R10是一个0.018欧姆， 0.5W，精度为1%的精密电阻，用于过 流保护的电压检测电阻。当板卡发生 故障导致电流超过额定值之后，R10 两端的压差将增大，SENSE引脚将此 过流信息反馈至LTC1643L电源管理 器，同时切断电源供应，起到电源过 流保护的功能。
FPGA控制模块：FPGA采用 Altera公司的EP3C55F484I7N芯片， 时钟频率采用80MHz，同时为了实现 SpaceWire总线传输速率，FPGA内部 采用了PLL对时钟进行了分频，实现4 路SpaceWire总线通信协议接口功能， 硬件实现LVDS信号传输，实现数据 通讯过程中产生的大量数据实现缓存 并与PCI9056通信接口等功能；
6 总结 本文是珠海欧比特公司为面向我
国航天应用研发的一款SpaceWire总线 节点终端板卡的一个实际应用设计方
案，并根据此方案完成了对每个功能 模块的结构和功能分析，欧比特公司 此已经对方案设计申请了专利保护。 此方案对今后SpaceWire总线在其它 任务中的应用具有重要的借鉴意义。
参考文献： [1] EMBC3000-CPCISPW型SpaceWire节点通讯板卡使用说明 书.欧比特控制工程股份有限公司.2013. [2] 康咏岐.面向航天应用的SpaceWire节点单元的IP核设计与实现 [J].微电子学与计算机，2005，22（9）:120-123。 [3] 陈健飞，曹松.SpaceWire总线接口终端的设计与实现[J].微计 算机信息:2010，26（82）:123-124。 [4] LTC1643L datasheet，PCI-Bus Hot Swap Controller， LINEAR TECHNOLOGY. [5] PCI 9056 Data Book, PLX TECHNOLOGY.
SRAM缓存器：4M字节的SRAM 用于实现存储SPW总线收发机制中产 生的大容量高速数据的缓存功能；
MDM9S接口模块：MDM9S接口 实现FPGA的LVDS信号与外部SPW设 备之间的接口功能；
PCI接口模块：实现PCI总线的 接口协议功能，通过CPCI接口实现 FPGA与上位机软件间进行数据的通 信，同时实现支持热插拔的板卡的电 源管理功能；
电源管理模块：与PCI9056芯片 以及CPCI接口共同完成设备的电源热 插拔功能。
3 CPCI接口电源电路分析 PCI设备的热插拔功能主要用于
具备CPCI接口的装置，热插拔功能 允许板卡随意从设备中插拔而不影响 装置操作系统的正常运行。电源芯片 电路如图2所示，LTC1643L是一个允 许CPCI型设备进行安全插入和拔出 的电源管理控制器，将系统的CPCI 插槽电源接入到SpaceWire板卡，图中 IRF7413是一个N型MOS管，用于控 制3.3V和5V的电源通断供应，而-12V 和+12V电源由片上开关供应，所有的 电压的上升时间可以达到一个可编程
7548
2014.6
2 SpaceWire节点通讯板卡硬 件设计
EMBC1000-CPCISPW是欧比特公 司自主研制的完全遵循并实现ECSS-
责任编辑：于寅虎
Design Ideas
图2 CPCI接口电源管理模块 E-ST-50-12C协议规范的航天设备间的 高速SpaceWire数据总线的，支持热插 拔的CPCI接口的节点终端通讯板卡 （本板卡实现了200Mbit/s的速率）。 此SpaceWire总线节点通讯板卡可以嵌 入在航天子系统中，将航天子系统中 与其它SpaceWire网络之间连接，保证 航天子系统之间高速、实时、确定、 可靠地进行数据交换。硬件架构如图 l所示，分为FPGA控制模块、CPCI接 口电源管理模块、MDM9S接口模块 和SRAM缓存模块。各模块的功能如 下：
摘要：本文在对SpaceWire总线协议、SpaceWire节点的总体框架进行深 入分析的基础上,设计了支持热插拔的基于CPCI接口的高速SpaceWire数 据总线的节点通讯板卡的硬件系统，重点介绍了支持热插拔的CPCI接口 电源电路分析、FPGA与PCI9056接口模块时序分析和在Windriver软件环 境下的驱动程序的开发，为SpaceWire上位机底层驱动接口的开发以及今 后SpaceWire总线在其它任务中的应用打下了良好的基础。本文网络版地 址：/article/247468.htm 关键词： SpaceWire节点；高速串行总线；热插拔；CPCI接口；PCI9056 DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.014
目前，Lantiq公司在DSLTE、 DSL、LTE、GPON和FTTx等新技 术领域，均取得了非常快速的进 步。FTTx负责解决光纤入户成本 高的问题，其策略就是采取光纤+ 铜线的混合方式，从而把“光进铜 退”模式改为“光进铜不退”的低 改造成本模式。
2014.6
73567081
示卡，通过生产商的名字来选定。单 击“Memory”标签。该显示卡的三 个内存范围显示出来。内存范围中的 BAR2映射的是FPGA内的RAM缓存块 和专用寄存器，根据FPGA内核对这 些缓存块和寄存器的可读写定义，可 以在BAR2映射的区域里进行读写，若 写进去的数值跟读出来的数值一致， 表面CPCI接口通信正常。最后一步为 生成驱动代码：单击“Build | Generate code”菜单， Driver Wizard 将产生操 作硬件资源的函数，可以在用户模式 下在应用程序中直接使用这些函数， 这个向导还会产生一个样本程序来使 用这些函数操作硬件，上层界面的开 发可以直接调用这些API函数。
由式（1）得 Uo = 0.1(R4 / R5 + 1)Ui ， ， 即 R5 = R4 / 9 。 将 其 代 入 R4 + R5 = 200 ， 得 R4 = 180k 、
4.3 为了减小运算放大器LT 1012 的输入端的电压，取其值小于输入电 压的十分之一。如
上接59 行 高 效 的 数 据 通 信 ， FPGA内部划出了一部分
内存以配置成双口RAM的形式完成 PCI9056对SpaceWire数据的收发以及 相应控制寄存器的控制传输。
5 Windriver软件的驱动生产 通过PLXMON软件对PCI9056
的配置芯片进行配置后，可以利用 Windows操作系统中WinDriver自动 生成PCI驱动程序，步骤如下：首 先启动WinDriver Wizard，从开始菜 单，选择“程序 | WinDriver | Driver Wizard”；然后在Driver Wizard 菜单, 单击“File New Project”菜单来新建 一个工程，从即插即用列表中选择显
设计思路
责任编辑：于寅虎
基于CPCI接口的SpaceWire总线通讯模块 设计
Design of SpaceWire Bus Communication Module based on PCI Interface
彭杰 董文岳 蒋晓华 代威威 珠海欧比特控制工程股份有限公司(广东 珠海 519080)
引言 随着航天技术的进步和卫星与高
空探测技术的发展, 需要一种高速、 可扩展、低功耗、低成本的通用通讯 链路接口来满足星载高速数据传输要 求。SpБайду номын сангаасceWire 总线标准就是一种高 速的、点对点、全双工的串行总线网
络, 以IEEE1355-1995和LVDS 两个商业 标准相结合而提出的一种星载数据总 线。本文在研究SpaceWire 总线协议 的基础上，分析了基于CPCI接口的 SpaceWire节点通讯板卡的硬件实现架 构，并着重分析CPCI接口电路电源管 理功能、PCI桥接电路以及上位机软
4 PCI桥接电路分析 在SpaceWire总线节点终端系统与
航电计算机系统之间实现PCI通讯大 致有两个方式，其一就是采用可编程 器件作为一个独立的模块实现PCI协 议，另一种方式就是采用专用PCI协 议芯片。本系统的设计出于性能稳定 性和结构简易性方面的考虑，选择用 PLX公司生产的PCI9056集成芯片，该 芯片可以设置成多种传输模式，完成 SpaceWire总线节点与航电设备之间的 通信桥接功能。
Lantiq精于半导体解决方案助力实现宽带世界
通信网络带宽需求不断增加， 这一切源于不断增长的数据、视频 流、高能效、安全和大量的移动终 端，正因为如此以千兆以太网为核 心的宽带技术正在快速发展。
作为原德国英飞凌科技的有线 固网独立而成的Lantiq公司，如今 已经成长为宽带技术的领导企业。
Lantiq首席执行官Dan Artusi 表示，经 过20年的发展Lantiq已经宽带市场取 得了不错的成绩，其在语音市场占据 了65%的份额，SHDSL市场占据75% 的份额，DSL CO市场占据32%的份 额，DSL CPE市场占据32%的份额， CPE VoIP市场占据25%的份额，T1/ E1级运营商则有40%的份额。