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用于星载计算机的CompactPCI总线技术的研究

作　者: 薛国凤
导　师: 张健
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 计算机应用技术
关键词: Sparcv8 星载计算机 AT697 CPCI FPGA
分类号: TP336
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


高性能、高可靠性、小体积、低功耗、低成本、能适应空间环境是航天工程对计算机系统的要求。本文在调研了国内外空间电子技术发展状况,并分析其发展趋势之后,最终选择基于Sparcv8体系结构的LEON2处理器AT697作为本系统的处理器,设计基于CPCI高速并行总线的高性能计算机系统。其周边卡的实现是采用Actel CorePCIF IP软核实现CPCI总线到局部总线的转换。周边卡是具有可扩展功能的通用CPCI接口卡。本课题设计的核心在于四个方面:第一、硬件上,设计以AT697为核心,外围扩展主数据存储器、程序存储器和CPCI高速并行总线接口,以及其他外围接口的CPCI系统卡。软件上,对该系统进行初始化,配置相应的寄存器等,并设计通用CPCI接口卡驱动程序以及相关的应用程序。第二、针对嵌入式系统软硬件紧密相关,不同功能的周边卡卡要求不同驱动程序而带来的软件驱动程序设计复杂,重复性高的问题,本文采用共享内存的方式,设计通用的CPCI接口卡,简化系统卡及其上层软件的设计。第三、针对PCI接口协议芯片无相应军品等级器件的问题,以及并非所有的微处理器都具有PCI接口的现状,本文采用Actel CorePCIF IP软核,通过一片FPGA实现CPCI总线到局部总线的转换,并实现通用CPCI接口卡后端应用模块的控制逻辑。FPGA的使用,使得设计更加灵活,易于扩展,为系统在航天工程中的使用迈出一步。第四、搭建仿真平台,利用Modelsim对通用CPCI接口卡的PCI软核及其后端逻辑进行功能仿真。并进行实际系统测试,分析所得波形,其结果符合协议中有关总线访问的时序要求。另外,还测试了本系统的总线通信速率,平均可达到81MBps以上。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-13
1 引言  13-24
  1.1 国外航天计算机研究现状  13-20
    1.1.1 航天计算机处理器  13-17
    1.1.2 国外嵌入式操作系统  17-20
  1.2 国内航天计算机研究现状  20-22
    1.2.1 航天计算机处理器  20-21
    1.2.2 嵌入式操作系统  21-22
  1.3 发展趋势  22
  1.4 课题目的和意义  22-23
  1.5 论文结构  23-24
2 CPCI总线及其连接器  24-32
  2.1 CPCI总线介绍  24-28
    2.1.1 系统组成  24-26
    2.1.2 CPCI和PCI总线信号差异  26-28
  2.2 CPCI连接器  28-31
    2.2.1 连接器优点  28-29
    2.2.2 CPCI连接器选择  29-31
  2.3 本章小结  31-32
3 系统硬件设计与实现  32-51
  3.1 系统卡的设计  32-41
    3.1.1 处理器模块的设计  33-34
    3.1.2 时钟模块设计  34-35
    3.1.3 程序存储器设计  35-37
    3.1.4 数据存储器设计  37-39
    3.1.5 DSU接口  39
    3.1.6 CPCI接口  39-41
  3.2 通用CPCI接口卡设计  41-46
    3.2.1 设计原理  41-42
    3.2.2 FPGA及其外围电路  42-43
    3.2.3 扩展Memory电路  43-45
    3.2.4 A/D模块  45-46
  3.3 CPCI底板的设计  46-48
    3.3.1 IDSEL的路由  46
    3.3.2 中断的路由  46-47
    3.3.3 REQ#和GNT#的路由  47
    3.3.4 其他信号的处理  47-48
  3.4 CPCI卡设计注意事项  48-49
    3.4.1 终端电阻  48
    3.4.2 上拉电阻  48-49
    3.4.3 PCB布局和布线长度限制  49
  3.5 本章小结  49-51
4 软件设计与测试分析  51-76
  4.1 系统卡软件设计  51-55
    4.1.1 系统PCI主桥的初始化  52-53
    4.1.2 总线从设备的初始化  53-54
    4.1.3 应用程序设计  54-55
  4.2 FPGA逻辑设计  55-63
    4.2.1 CPCI总线到局部总线的转换  55-58
    4.2.2 Backend Logic模块  58-59
    4.2.3 双端口RAM模块  59-60
    4.2.4 控制逻辑模块  60-62
    4.2.5 FPGA资源利用情况  62-63
  4.3 Actel PCI软核功能仿真  63-65
  4.4 系统测试及结果分析  65-74
  4.5 规范中的读写时序图  74-75
  4.6 本章小结  75-76
5 结束语  76-79
  5.1 课题总结  76-77
  5.2 后期工作展望  77
  5.3 硕士期间完成的工作及收获  77-79
参考文献  79-81
硕士期间以第一作者身份发表论文  81-82
致谢  82-83
附录  83-88

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 总线、通道
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