基于CPCI總線的嵌入式計算機通用接口設計

史云輝

摘 要

本文提出一種建立在CPCI總線基礎之上的嵌入式計算機通用接口設計方案，對本方案的設計思路，硬件、軟件設計要點進行闡述與分析，望能夠為用戶使用提供方便，簡化設備維護步驟，提高嵌入式計算機系統的使用質量與壽命。

【關鍵詞】CPCI總線 嵌入式計算機 通用接口 設計

嵌入式計算機系統產品生命周期長，但電子元器件的更新換代周期是非常短的，兩者相互影響下勢必會出現在嵌入式計算機系統產品壽命周期內對硬件芯片進行更換的問題。但以往設計方案下，更換后功能不同的硬件芯片為正常運行，必須配合修改底層驅動軟件，由此帶來了一系列的問題，不利于用戶使用與設備維護。如何通過對嵌入式計算機系統通用接口進行優化設計的方式，彌補上述問題是非常值得研究的課題之一。

1 設計思路

整套基于CPCI總線的嵌入式計算機通用接口設計方案綜合硬件、軟件、可編程技術，由硬件、軟件兩個模塊構成。硬件部分主要覆蓋擴展模塊所提供通用硬件接口，可支持系統搭載具有通用化以及標準化特點的數據交換平臺，軟件部分則主要包括主板通用設備以及擴展模塊邏輯設備所對應驅動程序，可實現嵌入式計算機系統根據功能進行劃分，并對數據結果以及信息格式進行科學定義，搭載硬件模塊通用接口實現系統功能。基于CPCI總線的嵌入式計算機通用接口設計方案實現后與傳統方案最大的差異在于更具智能化特點，通過對CPCI總線技術的應用，最大限度的削弱了嵌入式計算機系統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與優勢。

2 通用接口硬件設計

嵌入式計算機系統通用接口硬件設計主要包括兩項內容，第一是擴展板通用硬件接口設計，第二是標準總線接口設計。

擴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總線技術的擴展功能可通過PCI-PCI橋接方式實現，總線端時鐘頻率為33.0MHz，數據地址寬度為32位，兼容5.0V以及3.3V電壓信號。接口可實現CPCI總線全部功能，搭載系統平臺，以反射傳播方式完成對總線控制信號、地址數據信號至局部總線端口的轉換。在系統內部所搭載雙口RAM處理器具有獨立的數據讀寫功能，數據線寬度預設值為16為，地址線寬度預設值為11為，支持雙口異步操作。

3 通用接口軟件設計

本研究中所提出通用接口設計方案軟件系統以Vx Works實時多任務操作系統為運行平臺。該平臺具有優先級任務調度管理、多任務管理、存儲器優化、時鐘服務、以及中斷管理服務等功能。以下就主板驅動程序軟件設計方案進行闡述：

嵌入式計算機系統中通用接口設備驅動程序需駐留于系統內存中，優先級級別高。主板運行中，驅動程序可搭載CPCI總線對硬件接口進行初始化操作與自動控制，配合雙口RAM處理器滿足數據交換功能。驅動程序中需要分別定義上位機初始化、擴展板初始化、擴展板自動控制、數據發送、以及數據接收等相關功能所對應的實現函數：

（1）上位機初始化操作所對應實現函數為General_Master_Initial，所對應主要功能是對主板生產廠商批號、設備號、以及版本號進行讀取；

（2）擴展板初始化所對應實現函數為General_Slave_Initial，所對應主要功能是對擴展板生產廠商批號、設備號、版本號、配置文件名稱、以及配置文件路徑等信息進行讀取，生成擴展板所對應初始化參數，并輸入嵌入式系統內置雙口RAM處理器擴展板初始化參數區中；

（3）擴展板自動控制操作所對應實現函數為General_Slave_Ctl，所對應主要功能是將工作狀態、工作模式等擴展板相關控制參數輸入嵌入式系統內置雙口RAM處理器擴展板控制參數區中，參數信息由下位機負責讀取，以滿足擴展板自動控制操作功能；

（4）數據發送所對應實現函數為General_Data_Send_Find，所對應主要功能是判斷嵌入式系統上位機是否有等待發送數據，若有數據等待發送則執行發送程序，若無數據等待發送則執行接收判斷程序；

（5）數據接收所對應實現函數為General_Data_Recv_Find，所對應主要功能是判斷嵌入式系統內置雙口RAM處理器接收數據區是否存在等待接收數據，若有數據等待接收則執行接收程序，若無數據等待接收則執行發送判斷程序。

4 結束語

本文設計并研究了一套基于CPCI總線的嵌入式計算機通用接口設計方案，硬件、軟件設計配合，通過搭載通用接口電路、邏輯設備驅動程序、通用設備驅動程序的方式，實現了通用接口電路以及軟件驅動程序的標準化，避免了嵌入式計算機系統因硬件芯片所產生差異，同時可解決系統設計中底層軟件對硬件芯片的依賴性問題，可促進系統軟件與硬件模塊的獨立，方便嵌入式計算機系統根據實際需求對底層驅動軟件進行修改調整，應用前景廣闊。

參考文獻

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作者單位

江蘇自動化研究所 江蘇省連云港市 222006