基于PXI技术的1553B总线通讯模块的设计

摘 要：从硬件与软件方面介绍了基于PXI技术的1553B总线通讯模块的设计，并对PXI总线接口设计、驱动程序的开发、SDRAM存储器的控制和1553B总线通信协议实现等关键技术进行了详细的阐述，为航空领域测控系统开发PXI总线模块与搭建PXI测控平台提供了技术参考。

关键词：PXI技术;驱动程序;SDRAM存储器;1553B总线

中图分类号：TP316         文献标识码：             文章编号：2095-1302（2014）12-00-03

0  引  言

1553B军用总线标准，在军事装备，特别是飞机系统，得到了广泛的应用。为了测试带有1553B总线接口的电子设备与系统，通常需要在测试系统配备1553B接口模块。PXI总线是一种体积小、数据传输速度高的仪器总线，在航空航天等测控领域得到了广泛的应用。PXI-1553B模块可用于PXI总线测试系统与1553B设备的通讯，完成对带有1553B接口设备的测试，因此设计PXI-1553B模块具有重要的应用意义。

1  基于PXI技术的1553B总线通讯模块性能指标

32 b，33 MHz PXI总线接口，标准PXI 3U尺寸（160mm×100 mm）;

符合1553B规范，总线传输速率1 Mbps;

单通道、多功能、双冗余通道数据发送和接收;

通道包括1个BC （总线控制器），0～31个RT （远程终端），1个MT（总线监视器）;

软件可设置帧间隔时间、消息间隔时间、消息的数量、RT状态字响应时间和应答超时时间;

提供Windows XP操作系统程序支持，包括驱动和动态链接库等。

2  基于PXI技术的1553B总线通讯模块原理框图

基于PXI技术的1553B总线通讯模块结构组成如图1所示，主要包括隔离变压器、收发器、FPGA可编程逻辑控制器、PXI总线控制器、SDRAM存储器、时钟电路等。隔离变压器与收发器为接口电路;FPGA可编程逻辑控制器用来实现1553B接口通信，包括信号发送与接收的编解码及串并转换、总线协议与消息处理和传输逻辑控制与时钟控制等模块;PXI总线控制器完成PXI总线与本地总线之间的转换;SDRAM存储器用来存储和缓冲命令和信息（数据）;时钟用来提供FPGA和PXI总线控制器所需的时钟[1]。

图1  基于PXI总线的1553B通讯模块框图

3  基于PXI技术的1553B总线通讯的实现

3.1  PXI总线通信的实现

应用芯片PCI9054实现PXI总线接口，选择PCI9054本地总线工作在C模式下，PCI9054芯片通过片内逻辑控制，将PXI的地址线和数据线分开，从而为本地总线的各种操作提供良好的工作时序。

系统上电复位后，PCI9054读取其外部存储器的数据对寄存器进行配置，完成PCI9O54的初始化。PXI的初始化数据由E2PROM来加载。E2PROM的配置采用在线烧录的方式，运行PLXMON软件，可以识别到PXI总线通讯模块的设备号为9054，设备标志号为10B5，类码为AA。PCI9054的Local端寄存器包括Local端地址空间范围寄存器（LASORR、LAS1RR、EROMRR）与Local端地址空间基地址寄存器（LAS0BA、LASlBA、EROMBA）;PXI地址空间基地址寄存器（PCIBAR2、PCIBAR3、PCIERBAR）。Local端的这三个地址空间若要被PXI总线访问，则首先需完成PXI空间到Local空间的地址映射。其次，当系统上电时，系统对PXI基地址寄存器写入全1，然后回读，返回设备申请的映射资源的类型和大小[2]。

在C模式下，采用从操作模式向通讯模块发送控制命令，是由PXI总线上的主设备访问本地总线的操作，PCI9O54通过一个16字长PXI从模式读FIFO和一个32字长PXI从模式写FIFO，来实现从PXI总线到本地总线的突发存储器映射访问和IO映射访问。

3.2  驱动程序的开发

驱动程序用WinDriver软件开发，运行Driverwizard程序，创建新的驱动程序，进入设备选择界面，选定PCI9054 PCIAccelerator，创建PXI设备安装文件.INF（Device information File），其提供了全面描述设备硬件参数和相应驱动文件的信息，操作系统通过INF文件就可以找到设备的驱动程序[3]。

进入PXI通讯模块的资源对话框，可以查看并修改PXI通讯模块的存储器空间、IO空间、寄存器等内容，并可以监听中断，在Visual C++开发环境中生成驱动程序框架代码，包括M1553_diag.dsw、M1553_diag.dsp两个工程文件与M1553_lib.c、M1553_lib.h、M1553_diag.c三个文件，M1553_lib.c是设备的应用程序级API函数文件，定义了访问所有PXI设备资源（包括存储器读写、IO读写、寄存器操作、中断处理等）所需的库函数，可以直接调用这些标准API函数实现对硬件的操作和访问，M1553_lib.h文件是上述库函数所需的头文件，M1553_diag.c是基于控制台的设备诊断程序，在程序中使用了文件M1553_lib.c中的库函数，对设备进行实际操作。根据应用情况对上述三个文件代码进行修改，编写具体的功能代码，建立用户模式的驱动程序，主要包含设备的初始化、设备的读写操作与设备的关闭[4，5]。

3.3  SDRAM存储器的控制

SDRAM作为缓存芯片，选用单周期读写的MT48LC16M16A，数据位宽16位，块地址选择线为BA0和BA1，用来寻址4个块的地址空间。每块内部又是一个存储阵列，分为8 192行和512列，行地址线和列地址线进行复用，行地址线为A0～A12，列地址线为A0～A8。由于特殊的存储结构，SDRAM操作指令比较多，SDRAM的操作是通过RAS，CAS及WE给出的总线命令来控制的[6]。

SDRAM在上电后须对其进行初始化操作配置SDRAM的工作模式，之后SDRAM进入正常工作状态，等待控制器对其进行读、写和刷新等操作。SDRAM行列地址采用复用方式，在每次读写操作时，行列地址要锁存，由ACTIVE命令激活要读写的BANK，并锁存行地址，然后在读写指令有效时锁存列地址。为了保证信息完整，必须按要求定期发出刷新命令，保证在规定的时间内对每一个单元都进行刷新。刷新命令一次只对一行进行充电，需要每隔7.812 5μs （64ms/8192）执行一次刷新命令。

3.4  1553B总线通信的实现

1553B总线协议的处理与逻辑控制功能框图如图2所示，主要包括命令字、状态字以及方式命令译码，进行RT地址比较，子地址比较，进行命令字、状态字和方式命令译码，进行错误检测及发送中断信号等，并要为其余模块发送相应控制量，实现对总线接口的控制，包括命令字/状态字译码及数据控制，存储管理单元控制，检错控制，命令字发送及状态字设置，发送器控制与时钟产生等几部分。

图2  1553B总线协议的处理与逻辑控制功能框图

（1）命令字/状态字译码及命令字发送控制模块是在BC工作方式下发送命令字，且在BC/RT/MT三种工作模式下对命令字或状态字进行译码，产生相应的控制信号实现对其它模块的控制，如对数据控制部分，存储管理控制部分，检错控制部分，状态字设置部分，以及发送器控制部分等，这是模块的核心部分[7]。

（2）存储管理单元包括消息队列数据结构的设计、存储空间的规划（包括总线控制器BC，多个远程终端RT，总线监视器MT）和读写控制逻辑（控制过程）设计三方面，对SDRAM进行存储资源分配并对读写控制逻辑进行处理，以满足各工作方式下多消息传输的连续性要求[8]。

（3）检错控制模块用于检测消息传输过程中发生的错误，包括字计数检测及 RT响应超时检测，并根据其它模块检测到的RT地址错误、奇偶校验错误和位计数错误等产生中断信号。

（4）状态字设置模块实现RT工作方式下返回状态字的设置，并对状态字和当 前命令字和上一命令字进行存储，以备方式命令的消息方式的实现。

（5）发送器控制模块针对不同的工作方式选择需要发送的信息。

（6）时钟产生对外部输入时钟进行处理产生不同频率的时钟，实质上是一个计数器，对外部输入时钟进行分频处理。

1553B总线协议的处理与逻辑控制要完成BC、多个RT与MT各自功能的实现，并要对BC、RT和MT进行协调处理与综合管理，执行控制流图见图3。

图3  1553B总线协议的处理执行控制流图

4  结  语

基于PXI技术的1553B总线通讯模块的成功开发，掌握了PXI总线通讯的核心技术与实现方法，解决了PXI总线接口设计、SDRAM存储器的控制和1553B总线通信协议实现等关键技术，为航空领域测控系统开发和搭建PXI测控平台提供了技术借鉴，在简化产品设计的同时节约了成本。

参考文献

[1]李雪莲，陈轶萌.基于PCI总线子系统的1553B终端系统的设计和实现[J].中国水运，2009，9（12）：85-87.

[2]吴运生，卞春江，王春梅.航天地面测试中1553B-PCI接口转换技术实现[J].微计算机信息，2010，26（2）：122-124.

[3]冯莉， 叶超.利用WinDriver开发PCI设备驱动程序[J].自动化技术与应用，2007，26（11）：119-121.

[4]张增辉，沈激，陈子瑜，等.基于WinDriver工具的PCI卡驱动程序开发[J].核电子学与探测技术，2006，26（3）：367-369.

[5]张浩，游林儒，陈靖源，等.用WinDriver开发PCI设备驱动程序[J].微计算机应用，2006，27（5）：621-624.

[6]顾骧，周东，田忠.用于1553总线控制器的存储管理单元设计[J].电子科技大学学报，2003，32（3）：317-320.

[7]牛茜，靳鸿.基于FPGA的1553B总线编、解码器设计[J].计量与测试技术，2010，37（9）：53-56.

[8]刘锐，赵加凤，付平.基于FPGA的PXI-1553B模块设计[J].电子测量技术，2009，32（11）：99-101.