史云輝

摘 要

本文提出一種建立在CPCI總線基礎(chǔ)之上的嵌入式計(jì)算機(jī)通用接口設(shè)計(jì)方案，對(duì)本方案的設(shè)計(jì)思路，硬件、軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行闡述與分析，望能夠?yàn)橛脩羰褂锰峁┓奖?，簡化設(shè)備維護(hù)步驟，提高嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用質(zhì)量與壽命。

【關(guān)鍵詞】CPCI總線 嵌入式計(jì)算機(jī) 通用接口 設(shè)計(jì)

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品生命周期長，但電子元器件的更新?lián)Q代周期是非常短的，兩者相互影響下勢必會(huì)出現(xiàn)在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品壽命周期內(nèi)對(duì)硬件芯片進(jìn)行更換的問題。但以往設(shè)計(jì)方案下，更換后功能不同的硬件芯片為正常運(yùn)行，必須配合修改底層驅(qū)動(dòng)軟件，由此帶來了一系列的問題，不利于用戶使用與設(shè)備維護(hù)。如何通過對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用接口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，彌補(bǔ)上述問題是非常值得研究的課題之一。

1 設(shè)計(jì)思路

整套基于CPCI總線的嵌入式計(jì)算機(jī)通用接口設(shè)計(jì)方案綜合硬件、軟件、可編程技術(shù)，由硬件、軟件兩個(gè)模塊構(gòu)成。硬件部分主要覆蓋擴(kuò)展模塊所提供通用硬件接口，可支持系統(tǒng)搭載具有通用化以及標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，軟件部分則主要包括主板通用設(shè)備以及擴(kuò)展模塊邏輯設(shè)備所對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序，可實(shí)現(xiàn)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)功能進(jìn)行劃分，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果以及信息格式進(jìn)行科學(xué)定義，搭載硬件模塊通用接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能?；贑PCI總線的嵌入式計(jì)算機(jī)通用接口設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)后與傳統(tǒng)方案最大的差異在于更具智能化特點(diǎn)，通過對(duì)CPCI總線技術(shù)的應(yīng)用，最大限度的削弱了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不同功能硬件芯片的差異，具有硬件、軟件集成通用化的特點(diǎn)與優(yōu)勢。

2 通用接口硬件設(shè)計(jì)

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用接口硬件設(shè)計(jì)主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容，第一是擴(kuò)展板通用硬件接口設(shè)計(jì)，第二是標(biāo)準(zhǔn)總線接口設(shè)計(jì)。

擴(kuò)展板通用硬件接口按照功能劃分包括如下模塊：

（1）CPCI總線橋接芯片；

（2）可編程邏輯芯片；

（3）CPCI總線匹配電路；

（4）外圍控制電路；

（5）雙口RAM處理器；

（6）微處理器。

基于CPCI總線技術(shù)的擴(kuò)展功能可通過PCI-PCI橋接方式實(shí)現(xiàn)，總線端時(shí)鐘頻率為33.0MHz，數(shù)據(jù)地址寬度為32位，兼容5.0V以及3.3V電壓信號(hào)。接口可實(shí)現(xiàn)CPCI總線全部功能，搭載系統(tǒng)平臺(tái)，以反射傳播方式完成對(duì)總線控制信號(hào)、地址數(shù)據(jù)信號(hào)至局部總線端口的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)內(nèi)部所搭載雙口RAM處理器具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)讀寫功能，數(shù)據(jù)線寬度預(yù)設(shè)值為16為，地址線寬度預(yù)設(shè)值為11為，支持雙口異步操作。

3 通用接口軟件設(shè)計(jì)

本研究中所提出通用接口設(shè)計(jì)方案軟件系統(tǒng)以Vx Works實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)為運(yùn)行平臺(tái)。該平臺(tái)具有優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)度管理、多任務(wù)管理、存儲(chǔ)器優(yōu)化、時(shí)鐘服務(wù)、以及中斷管理服務(wù)等功能。以下就主板驅(qū)動(dòng)程序軟件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述：

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通用接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需駐留于系統(tǒng)內(nèi)存中，優(yōu)先級(jí)級(jí)別高。主板運(yùn)行中，驅(qū)動(dòng)程序可搭載CPCI總線對(duì)硬件接口進(jìn)行初始化操作與自動(dòng)控制，配合雙口RAM處理器滿足數(shù)據(jù)交換功能。驅(qū)動(dòng)程序中需要分別定義上位機(jī)初始化、擴(kuò)展板初始化、擴(kuò)展板自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)發(fā)送、以及數(shù)據(jù)接收等相關(guān)功能所對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)函數(shù)：

（1）上位機(jī)初始化操作所對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)函數(shù)為General_Master_Initial，所對(duì)應(yīng)主要功能是對(duì)主板生產(chǎn)廠商批號(hào)、設(shè)備號(hào)、以及版本號(hào)進(jìn)行讀??；

（2）擴(kuò)展板初始化所對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)函數(shù)為General_Slave_Initial，所對(duì)應(yīng)主要功能是對(duì)擴(kuò)展板生產(chǎn)廠商批號(hào)、設(shè)備號(hào)、版本號(hào)、配置文件名稱、以及配置文件路徑等信息進(jìn)行讀取，生成擴(kuò)展板所對(duì)應(yīng)初始化參數(shù)，并輸入嵌入式系統(tǒng)內(nèi)置雙口RAM處理器擴(kuò)展板初始化參數(shù)區(qū)中；

（3）擴(kuò)展板自動(dòng)控制操作所對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)函數(shù)為General_Slave_Ctl，所對(duì)應(yīng)主要功能是將工作狀態(tài)、工作模式等擴(kuò)展板相關(guān)控制參數(shù)輸入嵌入式系統(tǒng)內(nèi)置雙口RAM處理器擴(kuò)展板控制參數(shù)區(qū)中，參數(shù)信息由下位機(jī)負(fù)責(zé)讀取，以滿足擴(kuò)展板自動(dòng)控制操作功能；

（4）數(shù)據(jù)發(fā)送所對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)函數(shù)為General_Data_Send_Find，所對(duì)應(yīng)主要功能是判斷嵌入式系統(tǒng)上位機(jī)是否有等待發(fā)送數(shù)據(jù)，若有數(shù)據(jù)等待發(fā)送則執(zhí)行發(fā)送程序，若無數(shù)據(jù)等待發(fā)送則執(zhí)行接收判斷程序；

（5）數(shù)據(jù)接收所對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)函數(shù)為General_Data_Recv_Find，所對(duì)應(yīng)主要功能是判斷嵌入式系統(tǒng)內(nèi)置雙口RAM處理器接收數(shù)據(jù)區(qū)是否存在等待接收數(shù)據(jù)，若有數(shù)據(jù)等待接收則執(zhí)行接收程序，若無數(shù)據(jù)等待接收則執(zhí)行發(fā)送判斷程序。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并研究了一套基于CPCI總線的嵌入式計(jì)算機(jī)通用接口設(shè)計(jì)方案，硬件、軟件設(shè)計(jì)配合，通過搭載通用接口電路、邏輯設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式，實(shí)現(xiàn)了通用接口電路以及軟件驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)化，避免了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)因硬件芯片所產(chǎn)生差異，同時(shí)可解決系統(tǒng)設(shè)計(jì)中底層軟件對(duì)硬件芯片的依賴性問題，可促進(jìn)系統(tǒng)軟件與硬件模塊的獨(dú)立，方便嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求對(duì)底層驅(qū)動(dòng)軟件進(jìn)行修改調(diào)整，應(yīng)用前景廣闊。

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作者單位

江蘇自動(dòng)化研究所 江蘇省連云港市 222006