CN108984458A - 一种自定义串行开放式总线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自行定制总线架构的串行开放式总线，涉及总线设计，本发明的开放式总线用于完成主控模块及各功能模块之间的通讯，本发明包括：复位总线，用于对各模块发出统一的指令，使所有模块在同一时间恢复到初始状态值；供电总线，与电源连接在一起，用于为各模块提供所需电压；网络总线，用于为各模块提供网络连接，还用于单独对某模块进行调试；自定义总线，用于根据需求，加入相应功能总线。本发明可以以嵌入式技术及计算机技术为核心，以DSP、ARM、单片机及FPGA等高性能器件构建自定义总线，具有较高的自主性，各个模块可以按照特定的军用测试需求，自行定制总线架构，节省资源，可以通过环境试验，同时可提高设备的国产化率。

Description

一种自定义串行开放式总线

技术领域

本发明涉及总线设计，特别涉及一种自定义串行开放式总线。

背景技术

自20世纪50年代美国为军用电子设备研制测试设备以来，种类不断增多，相关研究工作也越来越受到重视。随着武器装备战术性能及内部结构复杂程度的提高，武器装备在研发、生产及使用过程中对配套测试设备的要求越来越高。从70年代中期开始，我国便为导弹开展了自动测试设备的研究工作，经过几十年的探索和实践，已陆续为部队研制并装备了多套导弹综合测试设备。目前，导弹测试设备多采用VXI、PXI或LXI总线实现，其中以VXI总线形式居多。但是，尽管以VXI总线为基础研制的测试设备虽然具有强大的测试功能及数据吞吐量、高度的系统集成，但仍然存在着体积大、重量大和机动性差等问题，现阶段国内的测试设备类别可分为以下几类。

PXI(PCI Extensions for Instrumentation)总线是由NI公司于1997年提出的具有开放性及模块化等特点的仪器总线规范。它结合PCI总线的电气特性、Compact PCI的坚固性及Eurocard的机械封装特性于一体，发展成为适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范。和VXI总线40MB/s的总线传输速率相比，PXI基于成熟的PCI总线技术，总线传输速率为132MB/s或264MB/s，具有更小的体积以及更好的性能价格比，目前国内很多公司相继推出了其自行研制的基于PXI总线的便携式测试设备。比较典型的是北京泛华测控及凌华科技推出的便携式设备PS-360及PXIS-2690P。但是，一方面由于能满足野外恶劣环境要求且性能较好的PXI机箱较少；另一方面与VXI总线相比，PXI总线标准缺乏仪器领域厂家的普遍参与，现有的PXI模块覆盖面相对比较窄，因此，PXI总线在军用导弹测试设备的广泛应用，我们还需要继续拭目以待。

LXI(LAN Extensions for Instrumentation)总线是2004年9月Agilent公司和VXI科技公司联合推出的新一代以以太网技术为基础、由各类中小型总线模块构成的一种新型仪器平台。LXI规范不仅具备PXI卡式仪器小体积、GPIB仪器高性能及LAN高速数据吞吐等特点，还满足了仪器对定时、触发及电磁兼容等指标的要求。由于LXI将Ethernet(IEEE-802.3)作为数据传输媒介，无需使用机箱和昂贵的电缆，可使用标准的软件，因而LXI在致力于减小系统尺寸并缩短系统组建时间的同时，还提高了系统速度及软件的通用性，为用户快速、经济和高效地创建和重新配置测试设备创造了极大的便利。然而LXI总线的应用大多集中在分布式测试场合，对于高度集成的便携式设备，尽管有很好的发展前景，但还没有得到很好的应用。

上述的VXI、PXI、LXI总线等，虽然具有强大的测试功能，且具有仪器标准支撑，但是终究是都是商用总线形式，其资源配置与管理内核相对封闭，不会完全对用户开放，这样就不利于部队基层级军用装备的故障定位与分析场合。另一方面，由于导弹在部队基层级的测试深度相对较低，测试流程的限制较少，因此对标准仪器的需求也相对较低；而标准仪器的剩余资源，则可能影响到设备的便携和机动性能。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种自行定制总线架构的串行开放式总线。

本发明的自定义串行开放式总线，所述开放式总线用于完成主控模块及各功能模块之间的通讯，所述开放式总线包括：复位总线、供电总线、网络总线和一个或多个自定义总线；

复位总线，用于对各模块发出统一的指令，使所有模块在同一时间恢复到初始状态值；

供电总线，与电源连接在一起，用于为各模块提供所需电压；

网络总线，用于为各模块提供网络连接，还用于单独对某模块进行调试；

自定义总线，用于根据需求，加入相应功能总线。

优选的是，所述自定义总线包括：

RS-485总线，作为本地总线，用于各功能模块与主控模块间的命令及动作信号传送；

M-LVDS总线，用于各模块间数据的高速传输；

硬触发线，用于采用硬触发机制，提高通讯的实时性。

优选的是，所述RS-485总线包括两路RS-485通讯接口，其中一路用于主控模块及各功能模块内部命令的传送以实现对各模块的调度，另一路用于测试数据的回传以实现主控模块对测试数据的处理、计算和分析。

优选的是，所述供电总线提供的电压为：+15V、-15V、5V、27V和56V。

优选的是，所述网络总线还包括交换机，采用芯片IP178CH和芯片20PT1024X实现；

芯片IP178CH，用于提供远程计算机与嵌入式计算机以及各个模块的网络连接；

芯片20PT1024X，用于将IP178CH芯片输出差分电压进行电压变换与隔离，便于不同模块间的网络连接。

优选的是，所述开放式总线还包括时统信号总线，用于使各模块拥有统一的时钟来进行时间统一和定时功能。

优选的是，所述M-LVDS总线采用芯片DS91C176实现数据驱动接收。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明的有益效果在于，本发明可以以嵌入式技术及计算机技术为核心，以DSP、ARM、单片机及FPGA等高性能器件构建自定义总线，具有较高的自主性，各个模块可以按照特定的军用测试需求，自行定制总线架构，节省资源，可以通过环境试验，同时可提高设备的国产化率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的自定义串行开放式总线的原理示意图。

图2为8端口交换机模式的原理示意图；

图3为芯片IP178CH输出接口原理示意图；

图4为芯片20PT1024X内部结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种自定义串行开放式总线，本实施方式的开放式总线用于完成主控模块及各功能模块之间的通讯，本实施方式的主控模块

本实施方式的开放式总线包括：复位总线、供电总线、网络总线和一个或多个自定义总线；

复位总线，用于对各模块发出统一的指令，使所有模块在同一时间恢复到初始状态值，模块之间具有极小的复位时间延迟；

供电总线，与电源连接在一起，用于为各模块提供所需电压；所以电源模块可以提供供电总线上所有电源电压，供电总线与每个模块都采用直连的方式，使每个单元模块都拥有相同的供电，实际分配到不同模块上所需要的不同电压，通过各模块上的电源电压转换器件来进行转换，供电总线提供+15V、-15V、5V、27V、56V。

网络总线，用于为各模块提供网络连接，还用于单独对某模块进行调试；

自定义总线，用于根据需求，加入相应功能总线。

自定义总线的组成不固定，可以根据测试需求加入其他总线。因此，本实施方式的总线是开放式的，这为用户后期的功能扩展需提供了便利。

优选实施例中，本实施方式的自定义总线包括RS-485总线、M-LVDS总线和硬触发线；RS-485总线，作为本地总线，用于各功能模块与主控模块间的命令及动作信号传送；

本实施方式的RS-485总线使用IL485作为电平转换芯片，HDLC协议，传输速率设定为2Mb/s，4帧头、4帧尾，采取6线制，数据正、数据负、时钟正、时钟负、通讯控制正、通讯控制负。M-LVDS总线，用于各模块间数据的高速传输；

本实施方式使用DS91C176数据驱动接收芯片，该芯片能以高达100MHz的时钟频率及高达200Mb/s的数据传输率驱动高达32个负载。同样采用6线制，HDLC协议，传输速率设置为40Mb/s。

硬触发线，用于采用硬触发机制，提高通讯的实时性。针对某些对实时性要求较高的应用，在开放式总线中加入了硬线触发机制。采用数据通讯来请求其他单元模块协同工作的方式显然不能满足对实时性要求较高的场合。在本实施方式中，共设定了16根硬触发线，通过这16根硬触发线来应对实时性要求较高的应用场合。

优选实施例中，RS-485总线包括两路RS-485通讯接口，其中一路用于主控模块及各功能模块内部命令的传送以实现对各模块的调度，另一路用于测试数据的回传以实现主控模块对测试数据的处理、计算和分析。

优选实施例中，本实施方式的网络总线还包括交换机，采用芯片IP178CH和芯片20PT1024X实现；

芯片IP178CH，用于提供远程计算机与嵌入式计算机以及各个模块的网络连接；

芯片20PT1024X，用于将IP178CH芯片输出差分电压进行电压变换与隔离，便于不同模块间的网络连接。

网络总线作为独占总线，需要设计交换机对远程数据进行转发。交换机模块直接在背板集成，使用的交换机芯片为IP178CH，其功能特点如下：

1)支持路由器与交换机功能配置；

2)支持1K的MAC地址；

3)支持工作模式自动协商与端口自动翻转；

4)支持外部配置芯片进行功能配置。

芯片IP178CH的功能配置与控制有三种方式：通过上拉或者下拉电阻，配置芯片引脚电平；通过MII/RMII接口，外部处理器使用SMI接口访问MII寄存器，进行芯片控制和管理；通过配置芯片EEPROM，芯片启动时会自动读取EEPROM芯片内容，配置片内寄存器。根据实际需求，将交换机芯片IP178CH配置成为8端口交换机模式用于远程计算机与嵌入式计算机，以及各个模块的网络连接。为了功能扩展，使用两片IP178CH芯片，通过端口互联能够提供14路的网络连接。其中两路分别用于远程计算机和嵌入式计算机的连接，8端口交换机模式如图2所示，MAC8未使用。配置方式采用直接对芯片引脚进行配置，配置内容如表1所示。其它引脚设置为默认模式，通电之后芯片就能实现8端口交换机的功能。

表1端口配置内容

信号经过芯片IP178CH的PHY接口输入输出，为了使不同设备之间能够互连，使用网络变压器进行差分电压转换，同时能够对网络设备进行隔离。网络变压器芯片采用20PT1024X，每片变压器支持两路网络收发。其中两路的设计如图3所示。IP178CH芯片输出差分电压以AVCC为基准，通过网络变压器20PT1024X进行电压变换与隔离，变压器输出能够直接与RJ45插座相连，或者连接到其它的网络设备。网络变压器20PT1024X内部结构如图3所示。

每单片网络变压器支持两路网络信号的收发，支持IEEE802.3u与ANSI X3.263标准，对称的TX与RX接口支持端口自动翻转，传输速率满足10/100M以太网需求。

优选实施例中，开放式总线还包括时统信号总线，用于使各模块拥有统一的时钟来进行时间统一和定时功能。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.一种自定义串行开放式总线，其特征在于，所述开放式总线用于完成主控模块及各功能模块之间的通讯，所述开放式总线包括：复位总线、供电总线、网络总线和一个或多个自定义总线；

复位总线，用于对各模块发出统一的指令，使所有模块在同一时间恢复到初始状态值；

供电总线，与电源连接在一起，用于为各模块提供所需电压；

网络总线，用于为各模块提供网络连接，还用于单独对某模块进行调试；

自定义总线，用于根据需求，加入相应功能总线。

2.根据权利要求1所述的一种自定义串行开放式总线，其特征在于，所述自定义总线包括：

RS-485总线，作为本地总线，用于各功能模块与主控模块间的命令及动作信号传送；

M-LVDS总线，用于各模块间数据的高速传输；

硬触发线，用于采用硬触发机制，提高通讯的实时性。

3.根据权利要求2所述的一种自定义串行开放式总线，其特征在于，所述RS-485总线包括两路RS-485通讯接口，其中一路用于主控模块及各功能模块内部命令的传送以实现对各模块的调度，另一路用于测试数据的回传以实现主控模块对测试数据的处理、计算和分析。

4.根据权利要求1所述的一种自定义串行开放式总线，其特征在于，所述供电总线提供的电压为：+15V、-15V、5V、27V和56V。

5.根据权利要求1所述的一种自定义串行开放式总线，其特征在于，所述网络总线还包括交换机，采用芯片IP178CH和芯片20PT1024X实现；

芯片IP178CH，用于提供远程计算机与嵌入式计算机以及各个模块的网络连接；

芯片20PT1024X，用于将IP178CH芯片输出差分电压进行电压变换与隔离，便于不同模块间的网络连接。

6.根据权利要求1所述的一种自定义串行开放式总线，其特征在于，所述开放式总线还包括时统信号总线，用于使各模块拥有统一的时钟来进行时间统一和定时功能。

7.根据权利要求2所述的一种自定义串行开放式总线，其特征在于，所述M-LVDS总线采用芯片DS91C176实现数据驱动接收。