CPCI总线背景下嵌入式计算机通用接口设计

摘 要本文主要针对CPCI总线总线背景下,嵌入式计算机设计过程中遇到的相关问题,对其通过接口的设计进行了分析和研究.采用现场编程技术与软件、硬件设计相结合的方式,运用相应的技术,有效实现了CPCI总线背景下嵌入式计算机通用接口的设计,并成功在工程实践中得到了应用.

【关 键 词】CPCI总线嵌入式计算机通用接口设计

随着微电子技术的发展,嵌入式计算机的应用领域越来越广泛.所谓的嵌入式计算机,实际上属于一种专用计算机的范畴,是针对某个特定应用而言的,由计算机技术、半导体技术以及不同行业的实际应用结合后的产物.其系统以应用为中心,以计算机为基础,对于功能、可靠性、成本、体积等都有着严格的要求.与普通计算机相比,嵌入式计算机对于设计的要求较高,追求在最小的面积上实现最佳的性能.本文探讨的通用接口,指的是主板与各个扩展板之间的硬件接口和软件接口.通过这个接口,主板能够对扩展板进行控制,并通过扩展板实现数据收发、数据采集功能.

1CPCI总线背景下的嵌入式计算机

CPCI,是对紧凑型设备互联的简称,在此背景下设计的嵌入式计算机,具有体积小、性能强、结构紧凑、安全可靠等特点,可以应用于十分恶劣的环境条件中.就目前的发展形式看,由于其强大的环境适应能力以及电磁兼容性,加上设备对于振动、冲击、高温、灰尘等有着较好的防护能力,在通讯、仪表仪器、汽车、航空航天、军事等多个领域获得了广泛应用.

为了满足功能和应用环境的特殊要求,在对嵌入式计算机进行设计时,要坚持模块化的设计思想,将主板、功能元件、电源等安装在坚固的机箱内,通过CPCI总线与主板的连接,实现系统功能.本文提到的通用接口,是指主板与不同功能扩展板之间的硬件和软件接口,利用这个接口,可以实现主板对于扩展板的控制,以及相关数据的采集和传输功能.

2通用接口的设计

根据功能需求和成本投入的不同,通用接口的设计方法也是多种多样的,这里采用的是现场编程技术与软件、硬件设计相结合的方法,结合通用总线接口设计技术、数据库共享实时访问技术、数据交换技术等,利用相关的电路设计和函数设计,对CPCI总线背景下的嵌入式计算机通用接口进行设计.

接口主要包括硬件和软件两个部分,软件部分的设计重点在于信息格式的定义、功能的划分以及数据结构的确定,是对系统功能的实现；硬件部分则是指功能扩展模块上的硬件接口,可以为系统提供通用化和标准化的数据交换平台.

一般情况下,通用设备的驱动程序位于系统主板上,而逻辑设备的驱动程序则位于扩展板上.在系统中设置共享数据存储区域,可以实现主板对于扩展板的控制,以及相互之间的数据和信息交换.

2.1硬件设计

通用接口的硬件设计,主要是针对扩展板通用硬件接口设计和总线接口设计而言的.在对通用硬件接口进行设计时,需要注意以下几个方面的问题：

（1）CPCI总线接口设计：COCI作为一种同步总线,其总线宽度为32位,最大支持扩容至64位,最高工作频率为64Mhz,具备良好的数据传输速度和吞吐率.同时CPCI总线支持自动化配置,程序可以在初始化的过程中自动完成对存储空间等资源的分配,因此CPCI总线背景下的设备均支持即插即用的功能.CPCI总线接口主要包括控制、总线桥接芯片和匹配电路,其数据信号主要通过反射的方式进行传播,因此,在对控制和匹配电路进行设计时,要按照相应的规范进行,以保证总线信号的完整性.

（2）可编程逻辑芯片：主要用于实现地址译码、内部寄存器以及双口RAM的访问控制等功能.在设计中,使用Lattice公司生产的M4A5192/96现场可编程逻辑阵列实现.该芯片的基本工作电压为5V,CPCI兼容,内部拥有192个宏单元,16个单向输入引脚,同时支持边界扫描测试,可以实现在线编程.

（3）双口RAM以及数据定义：双口RAM是实现主板与扩展板之间数据交换的基础,在设计时,需要根据其功能的差异,对数据结构进行定义,将其划分为相互独立的存储区.扩展板的处理器可以从自身不同的功能分区读取相应的参数,并依据参数实现对自身硬件的管理和控制.

2.2软件设计

对于通用接口而言,其软件主要是基于多任务操作系统VxWorks进行设计,从而实现通信、存储器优化管理、中断管理怎么写作等系统功能.

2.2.1主板程序的功能和函数

主板上运行的程序为通用设备的驱动程序,存在于系统内存之中,优先级较高.主板在运行过程中,可以通过CPCI总线技术,实现对硬件接口的初始化和控制,通过双口RAM,实现数据的交换和传输.其自身的功能众多,可以通过相应的函数实现.以扩展板初始化为例,该功能主要由General–Sle-Initial（VendorlD,DevieelD,Ver,Initfile）函数实现,主要是对扩展板的生产厂商、设备版本号、相关参数、配置文件的路径等信息进行读取,并将相应的扩展板初始化参数写入双口RAM的扩展板初始化参数区,为扩展板的初始化提供数据支持.

2.2.2扩展板程序的功能和函数

扩展板上运行的是逻辑设备驱动程序,主要是针对自身的硬件进行管理和操作.与主板相同,同样需要针对不同的功能,选取相应的参数实现.

3结语

CPCI总线背景下嵌入式计算机同样接口的设计,对于其自身功能的实现有着十分巨大的作用,可以充分发挥出嵌入式计算机的优点,因而在多个领域得到了广泛应用,不仅大大降低了产品的使用和维护费用,也带来了巨大的社会效益,具有重大的技术价值.