基于FPGA的VME自定义总线接口设计
vme总线规范
vme总线规范VME总线规范是一个用于工业控制系统中的电子设备通信的标准。
该标准定义了硬件接口、电气特性、信号传输方式、中断处理、总线仲裁以及数据传输协议等方面的规定，从而保证了不同设备之间的互操作性和可靠性。
VME总线规范的出现为工业控制系统的发展做出了重要贡献。
VME总线规范最早是由VITA（VME International Trade Association）开发和维护的，该组织成立于1984年。
VME总线规范最初的版本是基于美国冯·诺伊曼计算机体系结构的标准，并在1981年首次亮相。
随着时间的推移，VME总线规范逐渐发展成为一个全球范围内得到广泛采用的标准。
VME总线规范主要包括了三个关键方面：硬件接口、电气特性和信号传输方式。
硬件接口定义了总线的物理连接方式，如插槽和连接器的设计。
电气特性则规定了总线上的电压、电流和电平等电气参数。
信号传输方式确定了数据在总线上的传输方式和时序。
在VME总线规范中，总线仲裁是一个非常重要的概念。
由于多个设备可以同时访问总线，因此需要一种机制来解决冲突，以确定哪个设备有权使用总线。
VME总线规范使用了基于中断请求的仲裁方式，其中每个设备都被分配了一个唯一的中断请求线，用于通知总线控制器该设备有数据要传输。
数据传输协议是VME总线规范中的另一个重要组成部分。
它规定了数据传输的格式、仲裁过程中的传输优先级以及错误检测和纠正机制等内容。
通过数据传输协议，VME总线规范确保了数据的可靠性和准确性。
除了上述主要方面外，VME总线规范还定义了中断处理、总线监视以及系统管理等其他功能。
这些功能使得VME总线规范成为一个非常灵活和可扩展的标准，能够满足各种工业控制系统的需求。
总的来说，VME总线规范是工业控制系统中一个被广泛应用的标准，它定义了硬件接口、电气特性、信号传输方式、数据传输协议等关键方面的规定。
通过VME总线规范，不同厂家的设备可以实现互联互通，从而提高了系统的可靠性和互操作性。
多处理器系统中基于FPGA的VME总线接13设计
Ｖ ＭＥ总线是指 Ｖ ｍ ｄ ｌ Ｅ ｒｃｒ 。其 中Ｖ ｒ ｅ ａＭｏｕ ｕｏａｄ ｅ ｅｓ ａ
２１ ０ ２年 ２月
机床 与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ００Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｔ Ｉ
Ｆｅ ． ０ｌ ｂ２ ２
第４ ０卷 第 ４期
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ４ １４ ．
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ ＯＩ ０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ ０ ． ２ ｓ ８ １２ １． ４ ００
成 的集 团合作 定义 。 １８ ９７年 ，Ｖ Ｅ总线被 批准 为 国际标 准 ＩＥ １１— Ｍ Ｅ Ｅ ０４ １８ ，该 Ｖ ｂ ｓ ９７ ＭＥ ｕ 总线技术 规范 支持 的最 大 总线速度 是 ４ ／ 。１９ ０ＭＢ ｓ ９ ６年 的新 标 准 Ｖ Ｅ ４ （ Ｎ ＩＶ Ｔ 一 Ｍ ６ Ａ Ｓ／ ＩＡ １９ ）将总线数据 宽度 提升 到 ６ ９４ ４位 ，最 大数 据传 输
多处 理 器 系统 中 基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的 Ｖ Ｅ总 线 接 １ 计 Ｍ ３设
杨 亮亮 ，史伟 民，汪立君 ，葛瑞广
（ 江理 工 大 学机 械 与 自动控 制 学 院 ，浙 江杭 州 ３ ０ １ ） 浙 １ ０ ８
摘要 ：在 分析 Ｖ ＭＥ时序 的基础上介绍 了一 种采 用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ进行 Ｖ Ｅ总线接 口设计 的方 法。该方 法利用 Ｆ Ｇ Ｍ Ｐ Ａ低 开发 成 本 、低功耗 、高集 成度的特点 ，采用 紧凑设计 思想 ，通过把双端 口 Ｒ Ｍ 和时序控制模 块结合 在一起 完整实 现 Ｖ Ａ ＭＥ接 口通 信功能 ，并实 现在一个 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ芯片 中 ，使 整个 设计 的灵活性增 强 、开发成 本降低 。系统仿 真和样机试 验结 果表 明 ：该接 口
VME总线在线“从串模式”配置FPGA的设计与实现
图 １ 系统 构 成
工作 时 ， 先 由用 户 设计 Ｆ ＧＡ 的功 能和 首 Ｐ
逻辑 ， 并生成仅含 Ｆ ＧＡ 配置数据 的 Ｐ ０ Ｐ Ｒ Ｍ 配置文件 （ ＨＥ ） ． Ｘ 。然后 ， 过 Ｖ 通 ＭＥ命令 将 配置文件 中的配置 数据通 过 Ｖ ＭＥ总线写 入
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由Ｖ 总线直 ＭＥ 接 把配 置数据 配 置 给Ｆ Ｇ ＰＡ
１ 系统构成及 工作原 理［ １
系统 构 成 如 图 １所 示 ， Ｖ 由 ＭＥ 总 线 ， Ｃ Ｉ 控 制 芯 片， ｌ ｈ Ｍｅ ｏｙ及 Ｆ Ｇ Ｐ Ｆａ ｍ ｒ ｓ Ｐ Ａ （ ｉｄＰ ｏ ｒｍｍａ ｌ Ｇ ｔ ｒｙ） 四 部 分 Ｆｅ ｒｇａ ｌ ｂｅ ａｅＡｒａｓ 等
关键词 ： 串模式 ， 从 ， ｌｓ ｍｏｙ Ｃ Ｌ ＦａｈＭｅ ｒ ， Ｐ Ｄ
中图分类号 ： ＴＮ Ｏ ４２
文献标识码 ： Ａ
文章编 号 ： ０５ —９４ ２０ ） ５ ８ ２０ ２ ８０ ３ （０ ７ ０ － ５—５ ０
在 Ｂ Ⅲ触发 电子学 系统 中 ，Ｐ Ｉ Ｆ ＧＡ 程 序 极其 复杂 ， 矸，Ａ 内部 的运行 程序 和调 试 程 而 Ｇ 序有 时需 要 切 换 。通 过 ＶＭＥ 总线 ， 线 配 置 在
收 藕 日期 ：０ ６０－ １ ２ ０ －８ ０
作者简 介 ： 魏书军 （９ １ ， ， １７ 一） 男 河北人 ， 中国科学院
高能物理 研究所实验物 理中心 ， 工程师 。
基于FPGA的VME自定义总线接口设计
基于FPGA的VME自定义总线接口设计
韩记晓;万勇利;张常江;赵为志;陈兴林
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2016(035)004
【摘要】工件台运动控制系统为强实时、高速高精的多轴运动,在实际控制中下位机是VME64x插槽上的嵌入式处理器主控设备.VME标准协议已经定义的线路都是一致被运行了Vxworks实时运动控制卡的主控板卡占用,如果所有数据都通过主控板卡查询和转发将会导致主控板卡的数据过载,不能符合实时性的要求.因此,本文介绍了另一个独立的总线协议,用于采集光栅译码卡中的数据.由仿真和实验结果表明,该方案不仅实现了DSP与FPGA的数据传输,而且具有强实时和灵活可靠的特点.
【总页数】4页(P103-106)
【作者】韩记晓;万勇利;张常江;赵为志;陈兴林
【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP336
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1.基于FPGA的VME总线Slave接口设计 [J], 赵建辉;黄皓
2.基于FPGA的VME总线DMA并行接口设计 [J], 齐赛;杨树元
3.多处理器系统中基于FPGA的VME总线接口设计 [J], 杨亮亮;史伟民;汪立君;葛瑞广
4.基于FPGA的VME总线与DSP通信接口设计 [J], 尹志生;郑楠;崔洋;闫丰
5.基于FPGA的从设备VME总线接口设计 [J], 万勇利;魏凯;韩记晓;陈兴林
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基于FPGA的从设备VME总线接口设计
ＶＭ Ｅ采用 异步 数 据传 输机 制 ，有 多个 总 线周 期 ， 地址 宽度是 １６、２４、３２、４０或 ６４位 ，数据 线路 的宽度 是 ８、ｌ６、２４、３２、６４位 ，系统可 以进行 动态 的选择 。 由于 其异步 数据传 输机制 ，它 只受 制于信号 交换协 议 ， 而不依赖于系统 时钟 。此外 ，ＶＭＥ总线允许用户 自定义
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５０００１ Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＶＭ Ｅ ｂｕｓ ｉｓ ｗ ｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｒｅａｌ－ｔｉｍ ｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．ＦＰＧＡ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｆｉ ｃｉｅｎｃｙ ｂｅｃａｕｓｅ ｉｔ ｎｌｎｓ ｉｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ ｆ ｉｎｉｓｈ ｌｏｇｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｒｉｃｈ Ｉ／Ｏ ｐｏｒｔｓ ａｎｄ ｅａｓｙ ｐｒｏｇｒａｍ ｍｉｎｇ ｌａｎ ｇｕａｇｅ，ＦＰＧＡ ｉｓ ｗ ｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔ ｈ ｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｆｉｅｌｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｈｉｐ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ＶＭ Ｅ ｂｕｓ ｍ ａｋｅｓ ｔ ｈ ｅ ｓｙｓｔｅｍ
基于FPGA的VME总线接口的设计与实现
关键 词 ： 现场可编程门阵列 ； 虚拟机器环境 ； 总线接 口
中图分 类号 ： Ｎ ５．１ Ｔ ９７５
文献 标识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ： Ｎ ２１１（０１０—１７ ４ Ｃ ３—４３２１）３０１— ０
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｎｄ Ｒｅ ｌｚ ｔｏ ｆ ＶＭ Ｅ ｓ Ｉ ｔ ｒ ａ ｅ Ｂａ ｅ ｎ ＦＰＧＡ Ｂａ ｎ ｅ ｆ ｃ ｓ ｄ ｏ
Ｓ 总 线和 欧 式 卡 基 础 上 提 出 的 。ＶＭＥ的 数 据 传 Ａ
输 机制 是异 步 的 ， 多个 总线 周期 ， 有 地址 宽 度 是 １ 、 ６ ２ 、２ ４ ４ ３ 、０或 ６ ４位 ， 数据 线路 的宽度 是 ８ １ 、４ ３ 、 、 ６ ２ 、２
此 ， 计一 种高 速传 输 的接 口总 线对 信 号 处 理 有 着 设
多 的并 行标 准 总线 。 由于 ＶＭＥ具有 总 线众 多 的功
模块 虽 然各有 分工 ， 是要想 集体 配合 ， 但 还需 要总 线 的支 持 。主设 备用 于启 动 数 据传 输 总 线 周期 ， 便 以
此外 还 有 Ｕｎ ｌ ｎ ｄ ａａ传 输 能力 、 差 纠 正 能 力 ａｉ ｅ Ｄ ｔ ｇ 误
和 自我 诊断 能力 ， 用户 可 以定义 １０ 端 口。 ／
ＶＭＥ总线 的功能 构 架 如 图 １所 示 。各 个 功 能
式 中 断 的 优 点 ， 高 传 输 速 度 可 达 ５ ０ Ｍｂ ｓ 最 ０ ／ 。 ＶＭＥ总线是 目前 应 用 最 为 广 泛 、 得 各 方 支 持 最 获
２１ ０ １年 ６月 第 ３ 卷 第 ３期 ４
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨＩ ０ＡＲＤ ＩＥＣＴＲ（ ＮＩ Ｃ０ＵＮＴＥ ＰＢ Ｅ ） Ｃ ＲＭ ＥＡＳ ＵＲＥ
《2024年基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》范文
《基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》篇一一、引言随着信息技术的飞速发展，数据传输的速度和效率成为了系统性能的关键因素。
FPGA（现场可编程门阵列）以其高度的可定制性和并行处理能力，在高速数据传输和处理领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计，探讨其设计原理、实现方法和应用前景。
二、PCIE总线接口设计1. 设计原理PCIE（Peripheral Component Interconnect Express）总线是一种高速串行计算机扩展总线标准，具有高带宽、低延迟、支持即插即用等特点。
FPGA作为PCIE设备的核心控制器，需要设计相应的接口电路以实现与主机的通信。
2. 实现方法在FPGA中，PCIE总线接口的设计主要包括物理层设计、数据链路层设计和事务层设计。
物理层设计负责信号的收发和电气特性的匹配；数据链路层设计负责数据的封装、解封和流控制；事务层设计则负责处理数据传输过程中的各种事务请求。
3. 优势与挑战PCIE总线接口的设计具有高带宽、低延迟、可扩展性强等优势，能够满足高速数据传输的需求。
然而，设计过程中也面临着诸如信号完整性、电磁兼容性、时序约束等挑战。
需要通过合理的电路设计和严格的时序分析来确保系统的稳定性和性能。
三、光纤通信模块设计1. 设计原理光纤通信模块利用光信号在光纤中传输信息，具有传输距离远、传输速度快、抗干扰能力强等优点。
在FPGA系统中，光纤通信模块负责与外部设备进行高速数据传输。
2. 实现方法光纤通信模块的设计包括光模块和电模块两部分。
光模块负责将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输；电模块则负责将光信号转换为电信号，并与FPGA进行通信。
在FPGA中，需要设计相应的接口电路和协议栈来实现与光纤通信模块的通信。
3. 关键技术光纤通信模块设计的关键技术包括光模块的选择与配置、电模块的电路设计、光纤传输协议的制定等。
VME总线的结构和工作原理解析
总线的基本概念
VME总线的主要特点：
• • • • • • •
结构：Master/Slave 数据传输方式：异步传输，复用/非复用周期 地址宽度：16/24/32/40/64 bit 数据宽度：8/16/24/32/64 bit 中断级别：7级 多处理器能力：支持1~21个处理器 数据传输速率：0 - 500+ Mbyte/sec
LWORD*
BERR*
DTACK*
DTB的控制机制和工作时序
4. 字节组 只有两个最低有效位地址不相同的一组字节地址单 元称为4字节组
种类
字节（0） 字节（1） 字节（2） 字节（3）
字节地址
XXXX…XXXXX00 XXXX…XXXXX01 XXXX…XXXXX02 XXXX…XXXXX03
DTB的控制机制和工作时序
VME总线的结构和主要功能模块
CPU插件板 系统控制器插件板
数据处理设备
输入输出插件板 存储器插件板
数据输入输 出设备 数据 存储 设备
主 设 备
IAC 系统 串行 K菊 总线 电源 裁决 时钟 时钟 监视 花链 定时 器 驱动 驱动 器 驱动 器 器 器 器 地址 单元 请求 监视 器 器
中 断 器
DTB的控制机制和工作时序
9. 数据传送承认（DATCK*）
中断 处理 器
请 求 器
从 设 备
中 断 器
从 设 备
底板接口 逻辑
底板接口逻辑
底板接口逻辑
底板接口逻辑
DTB 优先级中断 DTB裁决 公用
VME总线的结构和主要功能模块
VME总线功能分类：
• 数据传送（DTB） • DTB裁决 • 优先权中断 • 公用
VME总线接口逻辑的CPLD设计及试验
中 图分 类 号 ： ＴＰ３ ４ ３ 文献标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ １ ２ ７ ２ １ ）２ Ｏ １ ０ １ ０ —２ ５ （０ ０ １ Ｏ ８— ４
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｋ ｎ ｏ ＶＭ Ｅｂ ｓ ｏ ｉ ｎ ｅ ｆ ｃ ｓｒ ｃ ： ｉｄ ｆ ｕ ｌ ｇ ｃ ｔ ｒａ ｅ ｉ
Ｐａ ｕｌＧ．Ｌｅ ｙＣａ ｅＥｘｐ ｒｅ ｃ ｔ ｉａ ｈｉ Ｌｕｃ ｓ ａ ｄ ｎｅ ｓ ｅ ｉｎ ｅ ｗｉｈ Ｈ ｔ ｃ ， ａ ｎ
中， 要注 意 ： 根据 校正 前 的尺寸变 化 曲线 合理 地选择 加 载点 ， 尤其是 尺寸 曲线 变化 比较大 时 ， 不要 一味选 择 最大点 作为加 载 点 ； 可 能在 １次 加 载后 完 成校 尽
ＶＭＥ总 线接 口逻 辑 的 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ设 计及 试验
吴 杰 长 ， 朝 有 ， 雄 涛 郭 李 （ 军 工 程 大 学船 舶 与 动 力 学 院 ， 北 武 汉 ４ ０ ３ ） 海 湖 ３ ０ ３
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｔｅ ｔｏ ｓｇ ｎ ｓ ｆＣＰＬＤ — ｂ ｓ ｄ ＶＭ Ｅｂｕ ｎ ｅ ｆ ｃ ｒ ｕ ｔ ｙ — ａ ｅ ｓ Ｉ ｔ ｒａ ｅ Ｃｉｃ ｉｒ
［］航 天返 回 与遥 感 ，９ ８ １ （ ）３ —４ ． Ｊ． １９ ，９ ３ ：７ ０
基于FPGA的VME总线Slave接口设计
Ｖ ＭＥ总线 因其众 多 的功能 、 强大 的兼容 性 和动 态 可配置 性， 在数字信号采集 、 传输 、 理系 统中有广 泛应用 … 。它具有 处 良好的抗震性 、 冲击 能力等特 点 ， 抗 尤其 Ｖ ＭＥ总线 可提供性能 、 性 、 Ｍ 并行 实时性 、 高可靠性 ４大特 点及 模块 结构具有 良好 的抗震性 、 抗冲击 能力 。 尤其是 高
可靠性 ， 其在核 工业控 制和航 空航 天领 域得到 广泛的应 用。但是 由于 Ｖ 使 ＭＥ总线 的结构复 杂所 以在 设计上相对复 杂
ｓ ａｔ ａ ｔ ｏ ｄｔ ｎ Ｔ ｅｅｏｅａｗ ｙｏ ｉｇ Ｆ ＧＡ ｔ ｅｉｎａｓａ ｅｗ ｉｈｃ ｎ ｐ ｒ ｒ ｔｅｌｇｃｆｎ ｔ ｆｉ ｅｆ ｅｏ ａ ｓ ｎ ｕｉ ｃ ｎ ｉｏ ． ｈ ｒｆｒ ａ ｆ ｓｎ Ｐ ｏｄ ｓｇ ｌｖ ｈｃ ａ ｅ ｏｍ ｈ ｏ ｉ ｕ ｃｉｎ ｏ ｔｒ ｃ ｆ ｏ ｒ ｃ ｉ ｕ ｆ ｏ ｎ ａ ＶＭＥ
维普资讯
・
５ ０・
《 测控技术）０７ 第 ２ 卷 第 ２ ）０年 ２ ６ 期
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的 Ｖ Ｅ总 线 Ｓ ｖ 接 １设计 Ｍ ｌｅ ３ ａ
赵建辉 ， 黄 皓
（ 京航空航天大学 仪器科学 与光 电工 程学 院。 北 北京 １ ０ ３ ０ ８） ０
ｓａ ｅ ｏ ａ ｉ ｏ ｉ ｅ ｎ ｆｓ ｔｌ ｔ ｎ ｅ ｒ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｃ ｓ ｓｅ ｏ ｔ ｔ ｄ ｏ ｔ ｌｉ ｉｖ ｓｉａ ｅ ． ｈ ｌｖ ａ ｅ ｆｒ ｎ ｔ ｌｖ ｎ ｂ ｓｓ ｆｍａｎ ｄ ｍａ ｄ ｏ ａ ｅｌ ｉ ｉ ｔｇ ａｉ ｌ ｃｒ ｙ ｔｍ ｎ ａｔ ｕ ｅ ｃ ｎ ｒ ｓ ｎ ｅ ｔ ｔｄ Ｔ ｅ ｓａ ｅ Ｃ ｐ ｒ ｍ ｏ ｉｃ ｖ ｉ ｉ ｏ ｇ ｎ ｏ
ARM与FPGAGPMC总线接口设计实现
ARM与FPGAGPMC总线接口设计实现ARM（Advanced RISC Machine）与FPGA（Field Programmable Gate Array）GPMC（General-Purpose Memory Controller）总线接口设计实现是一种常见的系统级组件互连方式。
在许多嵌入式系统中，ARM处理器与FPGA协同工作以提供更高性能和更多功能。
通过设计和实现一个高效的总线接口，ARM处理器和FPGA可以有效地通信，实现数据传输和协作计算。
在设计ARM与FPGAGPMC总线接口时，需要考虑以下几个方面：1.电气特性：ARM和FPGA之间的总线接口需要考虑电平匹配、时序一致性等电气特性。
通常采用LVCMOS电平进行通信，同时需要保证时钟信号和数据信号的稳定性和可靠性。
2.信号传输：ARM处理器和FPGA之间的通信通路可以通过多种方式，如并行总线、串行总线、DMA等。
在设计总线接口时，需要选择合适的信号传输方式，并进行信号映射和协议转换。
3.性能优化：通过合理设计总线接口，可以优化数据传输性能，提高系统的吞吐量和响应速度。
可以采用FIFO缓冲、流水线设计等技术来提高数据传输效率。
4.数据传输协议：ARM和FPGA之间的通信需要定义数据传输协议，包括数据帧结构、数据标识符、校验和错误处理等。
通常采用标准协议如AHB、AXI等，也可以根据具体需求设计自定义协议。
基于以上考虑，下面介绍一种ARM与FPGAGPMC总线接口的设计实现方案：1.电气特性：采用LVCMOS电平进行信号传输，确保电平匹配和时序一致性。
使用适当的阻抗匹配和信号波形调整电路来提高信号质量。
2.信号传输：采用高速并行总线进行ARM和FPGA之间的数据传输。
通过并行总线数据线和控制线的映射，实现ARM处理器与FPGAGPMC之间的通信。
3.性能优化：设计FIFO缓冲器和数据流水线，提高数据传输效率。
在ARM处理器和FPGA之间增加数据缓冲和流水线处理，减少传输延迟和提高系统响应速度。
《2024年基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》范文
《基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》篇一一、引言随着信息技术和通信技术的快速发展，对高带宽、低延迟和可扩展的硬件接口的需求日益增长。
在这样的背景下，基于FPGA（现场可编程门阵列）的PCIE总线接口和光纤通信模块设计，显得尤为重要。
这种设计能够有效地提升系统性能，实现高效的数据传输和交换。
本文将深入探讨这一设计的主要内容和相关技术细节。
二、PCIE总线接口设计PCIE（Peripheral Component Interconnect Express）总线是一种高性能的、适用于服务器和高端工作站的连接总线。
其优势在于提供更高的带宽和更低的延迟，使其在大数据处理和高性能计算中扮演着关键角色。
在FPGA上实现PCIE总线接口的设计主要包括以下步骤：1. 接口规范的理解和设计：这是设计的第一步，需要对PCIE 总线接口的规范进行深入了解，包括接口协议、信号定义等。
2. 逻辑设计：根据接口规范进行逻辑设计，包括PCIe核心逻辑、事务层协议、地址映射等。
3. FPGA配置：将设计好的逻辑编译并下载到FPGA中，配置FPGA以实现PCIE接口的功能。
三、光纤通信模块设计光纤通信以其高速、大容量、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于长距离通信和数据传输。
在FPGA上实现光纤通信模块的设计主要涉及以下方面：1. 光模块接口设计：根据光纤通信的物理层标准，设计FPGA与光模块之间的接口。
2. 数据传输协议：设计数据传输协议，包括数据帧格式、编码方式等。
3. 同步和时钟管理：由于光纤通信的特殊性，需要设计精确的同步和时钟管理机制，以保证数据传输的准确性和稳定性。
四、FPGA实现与优化在FPGA上实现PCIE总线接口和光纤通信模块的设计，需要充分利用FPGA的可编程性和并行处理能力。
这包括：1. 资源优化：合理分配FPGA的资源，包括逻辑单元、内存单元等，以实现最优的性能和功耗比。
2. 并行处理：利用FPGA的并行处理能力，实现高速的数据处理和传输。
VME接口板设计
VIACKOUT = 1; // 不能乱传中断应答
VDTACK := 0; // 不能随便应答
if (!RST) then SV0
else if (!CS_VME) then SV1 // VME 普通读写
else if (!VIACK & !VIACKIN) then SV4
else if (!CS_VME) then SV3 // 本周期没完没了
else SV0
with {VDTACK := 0; }
// SV4..SV7 为中断应答周期
State SV4:
VIACKOUT = H; // 情况不明,先别往下传
VDTACK := L;
if (!RST # VIACK # VIACKIN) then SV0
if (!RST) then SV0;
else if (!BUSYL) then SV2 // 双口正忙
else SV3
with { VDTACK := 1;}
State SV3:
VIACKOUT = 1; // 不传中断应答
VDTACK := 1; // 准备好了
if (!RST) then SV0
..
//==========================================
// VME 总线周期控制之状态机 (包括中断应答)
//==========================================
State_Diagram [Qv2,Qv1,Qv0];
IntVec.clk = VCLK;
VIRQ3.clk = VCLK;
基于FPGA和MCU的CAN-VME总线转换设计
基于FPGA和MCU的CAN-VME总线转换设计作者：孙栋梁, 李春明来源：《现代电子技术》2011年第20期摘要：为了扩展VME总线和CAN总线的应用范围，充分利用两种总线的不同传输特点，采用了模块设计方法，提出一种基于FPGA和MCU的总线转换方案。
该方案给出了FPGA与上位VME总线部分的VME总线接口设计，利用MCU控制CPLD扩展的多通道CAN节点完成CAN总线部分的设计，还给出软件实现上的重点、难点和流程。
实现了两种不同总线的转换，满足了工业环境对两种总线混合使用的要求。
关键词：FPGA； MCU； VME总线； CAN总线；工业环境中图分类号：TN911-34； TM464 文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)20-0082-03Design of CAN-VME Bus Convertion Based on FPGA and MCUSUN Dong-liang , LI Chun-ming(1. College of Electric Power, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China;2. College of Information Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China)Abstract： For extending the application field of VME bus and CAN bus in the industry locale, the modular design method is used in the design with the transmision charachteristics of VME bus and the CAN bus. Abus convertion scheme based on the FPGA and MCU is proposed. The method provides the design of VME bus interface based on the FPGA and MCU, which includes the circuit design of FPGA, CAN bus part that is extended by the MCU and CPLD, important points of the software design, and software flow chars. This design fits for the industry occasions where need to mix the VME bus and the CAN bus. The innovative point of this paper is the extending of the CAN points by the CPLD.Keywords：FPGA； MCU； VME bus； CAN bus； industrial environmentCAN（Controller Area Network控制器局域网）以其高性能、高可靠性以及独特的设计等优点，为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的支持。
《2024年基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》范文
《基于FPGA的PCIE总线接口和光纤通信模块设计》篇一一、引言随着信息技术和通信技术的快速发展，数据处理和传输速度的需求不断提高。
在高速通信系统中，现场可编程门阵列（FPGA）以其强大的并行处理能力和可定制性，成为了设计高速、高效接口的重要选择。
本文将介绍一种基于FPGA的PCI Express（PCIE）总线接口和光纤通信模块的设计方法。
二、设计概述该设计以FPGA为核心，构建了PCIE总线接口和光纤通信模块。
PCIE总线接口负责数据与主机之间的传输，而光纤通信模块则负责数据的高速、远距离传输。
通过将这两大模块有机结合，可以实现高速、高效、远距离的数据传输和处理。
三、PCIE总线接口设计PCIE总线是一种高速串行计算机扩展总线标准，具有高带宽、低延迟等优点。
在FPGA上实现PCIE总线接口，需要完成以下步骤：1. 确定接口规范：根据实际需求，明确PCIE总线接口的规范，包括数据传输速率、接口协议等。
2. 设计硬件逻辑：根据接口规范，设计FPGA的硬件逻辑，包括PCIe核心、数据通道、缓冲区等。
3. 编程实现：使用硬件描述语言（HDL）对设计进行编程实现，完成FPGA的配置和逻辑控制。
4. 测试验证：通过仿真和实际测试，验证PCIE总线接口的功能和性能。
四、光纤通信模块设计光纤通信模块负责数据的远距离传输，其设计同样需要基于FPGA实现。
具体步骤如下：1. 确定传输标准：根据实际需求，选择合适的光纤传输标准，如SFP、SFP+等。
2. 设计光模块接口：设计FPGA与光模块之间的接口电路，包括光信号的发送和接收。
3. 光纤传输协议设计：根据传输标准，设计光纤传输协议，包括数据编码、解码、纠错等。
4. 实现FPGA逻辑控制：使用HDL编程实现FPGA对光模块的控制，包括数据的发送和接收。
5. 测试验证：对光纤通信模块进行测试，确保其功能和性能满足要求。
五、整体设计与实现将PCIE总线接口和光纤通信模块有机结合，需要在FPGA 上实现整体设计和控制。
VME总线的结构和工作原理
总线的基本概念
计算机总线的分类
• 内部总线：芯片一级互连（I2C、SPI等） 芯片一级互连（I2C、SPI等 • 系统总线：插件板一级互连（PCI、VME等） 插件板一级互连（PCI、VME等 • 外部总线：设备一级的互连（RS-485、USB等） 设备一级的互连（RS-485、USB等
总线的基本概念
VME总线的主要特点： 总线的主要特点：
• • • • • • •
结构： 结构：Master/Slave 数据传输方式：异步传输，复用/ 数据传输方式：异步传输，复用/非复用周期 地址宽度： 地址宽度：16/24/32/40/64 bit 数据宽度： 数据宽度：8/16/24/32/64 bit 中断级别： 中断级别：7级 多处理器能力：支持1~21 1~21个处理器 多处理器能力：支持1~21个处理器 数据传输速率： 数据传输速率：0 - 500+ Mbyte/sec
VME总线的结构和主要功能模块 VME总线的结构和主要功能模块
CPU插件板 CPU插件板 系统控制器插件板
数据处理设备 主 设 备 IAC 系统 串行 K菊 总线 菊 电源 裁决 时钟 时钟 监视 花链 定时 器 驱动 驱动 器 驱动 器 器 器 器 地址 单元 请求 监视 器 器 中 断 器 中断 处理 器
从设备的框图 从设备
底板接口逻辑
数据传送总线 DTB裁决总线
优先权中断总线 公用总线
SYSRESET*
AM0~AM5
LWORD*
DTACK*
WRITE*
BERR*
IACK*
基于FPGA的VME总线光纤通信电路[发明专利]
![基于FPGA的VME总线光纤通信电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8a4440f3227916888586d78d.png)
专利名称：基于FPGA的VME总线光纤通信电路专利类型：发明专利
发明人：郑楠,于淼,李佩玥,隋永新,杨怀江
申请号：CN201410592645.9
申请日：20141028
公开号：CN104407527A
公开日：
20150311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：基于FPGA的VME总线光纤通信电路，涉及电气工业数据通信领域，解决了VME总线控制系统与光纤接口外设之间微弱信号的信号数据传输问题，VME接口的输入信号线经输入驱动器后与FPGA的通用输入输出引脚连接，VME接口的双向信号线经双向驱动器后与FPGA的通用输入输出引脚连接，VME接口的输出信号线经输出驱动器后与FPGA的通用输入输出引脚连接，并串转换器的并口输入信号线与控制信号线与FPGA的通用输入输出引脚连接，并串转换器的串口输出信号线与光纤收发器的输入信号线连接，串并转换器的并口输出信号线和控制信号线与FPGA的通用输入输出引脚连接，串并转换器的串口输入信号线与光纤收发器的输出信号线连接。
申请人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
地址：130033 吉林省长春市东南湖大路3888号
国籍：CN
代理机构：长春菁华专利商标代理事务所
代理人：陶尊新
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基于FPGA的VME自定义总线接口设计
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1 引言
在光刻机双工件台控制系统中，VME总线使用了三个接口共430根线路接入，通过背板互联的有P1，P2两个接口320根线路接入。
实际上VME标准协议并没有完全使用全部线路，而是为用户预留了部分自定义线路，增加了设计的灵活性。
由于VME总线主要用于工控机与各板卡的通信，同步控制卡与激光计数卡和光栅译码卡使用总线就会产生严重冲突，影响采用是实时性，因此这里将VME总线中未使用的管脚作为自定义总线管脚，这样避免了增加新的硬件接口，而且在硬件设计上可以和VME总线一起考虑。
自定义同步总线数据传输完全根据主控总线提供的时序进行，地址线包含了对数据发送和接收方的定义。
每个总线传输周期中，数据发送端和接收端的身份根据地址寻址关系自动切换，而避免了总线控制权更迭时的握手，及数据传输优先级或传输抢占等问题，总线控制信号来自同一个时钟域，从节点仅响应控制信号，可忽略节点间时钟相位差影响。
在每个伺服周
期，设计了一个数据传输序列来实现共享数据交互。
数据传输序列由若干个总线传输周期构成，每个周期完成32bit的数据共享。
通过设定总线地址来设置数据传输序列的传输内容，当所有的设定总线地址被遍历，则当前周期数据传输已经完成，所有被规划传输的数据都被所有的运动控制卡所共享。
2 VME自定义总线逻辑协议的实现
VME自定义总线是一条并行运行的总线，该总线釆用数据广播的方式，可以方便各个板块同时接收同一个数据。
其由同步控制卡提供5KHz时钟，每200us 同步控制卡将数据锁存线拉高，向光栅译码卡发出一个脉冲，此时光栅译码卡和激光干涉仪等设备锁存该时刻的数据，其读数不再发生变化，然后同步控制卡产生一连串的读取信号，将各个光栅尺的数据读出。
同时切换总线上的地址，并生成釆样保持，读取和地址三个信号置于自定义总线，运动控制卡通过对自身所需的地址的识别在读信号低电平时获得相应位置传感器的信号。
VME自定义总线接口的实现
VME自定义总线在VME的P2口上，时钟频率是5KHz，用于传输激光干涉仪和光栅尺的测量数据。
在实际应用中，位置环釆样周期为200us，并且有大
量的实时伺服数据在运动控制卡与光栅译码卡之间、运动控制卡与运动控制卡之间、运动控制卡与同步总线控制卡之间交换。
如果在运动控制中，这些伺服数据使用VME总线进行交换，则会堵塞系统总线，使PowerPC无法进行正常工作。
为此，利用光栅译码卡的技术特点以及VME的P2自定义接口，构造自定义局部总线。
并设计专用同步总线控制模块对同步总线进行控制。
自定义同步总线接口逻辑同样釆用FPGA 芯片来实现，使其达到灵活、可靠、集成度高的设计要求。
自定义同步总线的主控制器由运动控制系统中的同步总线控制卡来实现，而运动控制卡中只需实现自定义总线的从接口。
从控制器结构如图1所示，其功能包含以下方面：
提供DSP对于双口RAM访问的地址译码，将DSP的标准EMIF接口时序转换成双口RAM访问时序，该功能在EMIF时序匹配模块中完成;
完成自定义总线的读写逻辑，当自定义总线的地址有效后，数据方向控制模块将判断当前运动控制卡是数据发送端还是数据接收方，以切换数据总线方向;
当某一个特定的自定义总线地址访问出现的时候，总线时序匹配模块将产生中断信号提供给DSP，
提供同步触发步控制卡VME自定义总线逻辑功能的实现
光栅译码卡接收来自光栅尺的信号，实现对工件台宏动部分的位置测量，测量数据通过自定义总线传送给同步控制卡。
同步控制卡通过内部的定时器，产生运动周期开始信号，读取光栅译码卡的数据，然后将各个运动控制卡所需的信号，按照一定的地址编码，发送到VME64X总线的自定义总线上，由运动控制卡接收。
运动控制卡接收到同步控制卡的运动周期开始信号后，依次接收指令位置和光栅尺数据，运动控制卡进行数据存储等其他操作，并等待下个运动周期的开始信号。
对于同步控制卡FPGA中逻辑协议的设计，釆用三段式状态机进行设计，第一段描述次态寄存器转到现态寄存器;第二段对状态转移条件进行判断，从而完成状态转移变换;第三段描述在各个状态完成的动作和对状态转移条件进行描述。
同步控制卡VME自定义总线读取光栅尺的逻辑转换
每200us向光栅译码卡发出一个脉冲，光栅译码卡接收到该脉冲后就会锁存当前数据，当脉冲到来时则转到S1状态，否则仍然处于S0。
在S1状态时等待
20ns，即让光栅译码卡把数据锁存完成，接着转到状态S2。
在状态S2，将地址发送给光栅译码卡，并且等待30ns，让输出数据稳定，然后转到状态S3。
在状态S3，将数据锁存，读操作的次数置零，并且将地址发送给双口RAM，延时10ns等待数据和地址稳定，然后转到状态S4。
在S4对双口RAM进行写操作使能，即给写使能引脚置高电平，然后进入状态S5。
在S5将读操作次数加1，并判断是12路数据是否读取完毕，即读次数是否等于12，若否则进入状态S6，否则进入状态S11。
从状态S6到状态S10重复状态S1到S5的过程，直到读取完成。
在状态S11，发出读取完成脉冲，并延时20ns到状态S12，最后返回状态S0等待。
同步控制卡VME自定义总线设计实测结果，实测模块是接收12路光栅尺的数据，从图3可以看出，送到光栅译码卡的地址，在延迟一定时间后，稳定的数据才输出，所以这里是根据实测的延迟时间来决定模块设计中的相关信号的延迟。
将数据写人缓存必须等待数据稳定才能发出写信号。
运动控制卡读取VME自定义总线数据逻辑功能的实现，在光刻机双工件台控制系统中，每块运动控制卡实现，同步控制卡VME自定义总线设计实测结果。
实测模块是接收12路光栅尺的数据，从图3可以看出，送到光栅译码卡的地址，在延迟一定时间后，稳定的数据才输出，所以这里是根据实测的延迟时间来决定模块设计中的相关信号的延迟。
将数据写人缓存必须等待数据稳定才能发出写信号。
运动控制卡读取VME自定义总线数据逻辑功能的实现，在光刻机双工件台控制系统中，每块运动控制卡实现对三个电机的控制，整个系统需要12块运动控制卡，它通过光纤口将控制信号传送到电机驱动。
同步控制卡通过内部的定时器，产生运动周期信号，读取光栅译码卡中数据，进行解耦，然后将各个运动控制卡所需的信号，按照一定的地址编码，发送到VME64x自定义总线，由运动控制卡接收。
运动控制卡接收到同步控制卡的运动周期开始信号后，依次接收指令位置和光栅译码卡的数据。
3 结束语
本文提供了一种基于FPGA的VME自定义总线的逻辑接口设计，同步控制卡作为“主卡”，读取光栅译码卡中的测量数据，并将数据置于VME自定义总线上，其负责自定义在总线的逻辑设计。
运动控制卡，接收来自自定义总线上的数据，并通过DSP进行处理，最后发送给电机，控制电机的运动轨迹。
该设计
方案通过了实际验证，并利用Signal Tap观测了其逻辑时序，可得该方案正确。
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