一種適用于cpci多功能采集控制裝置的通用接口模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)測控領域數(shù)據(jù)采集及控制裝置的通用性設計，尤其涉及一種適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊。
【背景技術】
[0002]目前在工業(yè)測控領域，基于CPCI總線標準的數(shù)據(jù)采集卡應用越來越廣泛，得益于它穩(wěn)定的機械結構、相較于PCI總線標準更好的性能等特點。尤其是在大型工業(yè)控制現(xiàn)場，對數(shù)據(jù)采集的精度、速率以及采集裝置本身的穩(wěn)定性都有較高的要求，這種場合CPCI的優(yōu)點就更加凸顯。
[0003]目前CPCI數(shù)據(jù)采集卡比較常用的工作模式是:通過PCI橋芯片與CPCI總線進行連接，實現(xiàn)板卡與上位機的通信，然后通過FPGA主控芯片實現(xiàn)與PCI橋芯片的連接；同時，在數(shù)據(jù)采集卡上集成的功能模塊也與FPGA芯片連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡與外部接口的連接，從而完成信號的采集或者數(shù)據(jù)的轉化等功能。
[0004]但是受限于CPCI數(shù)據(jù)采集卡的板身空間以及FPGA芯片的資源限制，當工業(yè)控制現(xiàn)場需要同時使用多種不同采集功能時，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡就很難滿足要求，可能就需要開發(fā)多種數(shù)據(jù)采集卡，不僅造成成本上升、不易維護，同時工控機的背板插槽的負荷也會增加，不利于整個系統(tǒng)的運轉。因此，一種適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊可以實現(xiàn)基礎通信模塊與功能模塊的分離，使得在一塊CPCI數(shù)據(jù)采集卡上同時集成多種功能模塊，這些功能模塊以功能板卡的形式通過通用接口的插槽與作為主控制板卡的采集控制卡連接，并利用多片F(xiàn)PGA芯片串聯(lián)的工作模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。
[0005]本發(fā)明建立在基于CPCI總線標準的多功能采集控制裝置的主板的硬件和固件保持穩(wěn)定的前提下，通過一種適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊所定義的硬件連接標準和通信協(xié)議，使得基于不同需求所設計的功能子板符合統(tǒng)一的硬件和固件標準，實現(xiàn)多種不同功能的子板在主板上同時工作。該模塊的優(yōu)勢在于，可以基于通用性接口的標準設計不同的功能板卡，而作為主板的采集控制卡不需要修改，使得整個裝置的可擴展性大大提升。

【發(fā)明內容】

[0006]為了實現(xiàn)在同一個基于CPCI總線標準的采集控制裝置上集成多種功能，本發(fā)明的目的是提供一種適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊，通過一種適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊所定義統(tǒng)一的硬件連接標準和通信協(xié)議，使得基于不同需求設計的功能子板符合統(tǒng)一的硬件和固件標準，實現(xiàn)多種不同功能的子板在主板上同時工作。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:一種適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊，其特征在于:基于CPCI總線標準的多功能采集控制裝置由作為主板的采集控制卡和作為子板的功能板卡構成，主板和子板通過適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊連接和通信，一塊主板上最多可以同時連接兩塊子板。該通用接口模塊在硬件上主要包括:主板的FPGA芯片，主板的通用接口一，主板的通用接口二，主板的外部接口，主板的電源模塊；子板的FPGA芯片，子板的通用接口，子板的功能模塊。
[0008]所述的主板的通用接口一由A、B兩條平行的接口插槽組成，這兩條插槽分別是20*2針的公頭插槽，主板的通用接口一的A插槽與主板的外部接口連接，主板的通用接口一的B插槽與主板的FPGA芯片以及電源模塊連接；所述的主板的通用接口二由A、B兩條平行的接口插槽組成，這兩條插槽分別是20*2針的公頭插槽，主板的通用接口二的A插槽與主板的外部接口連接，主板的通用接口二的B插槽與主板的FPGA芯片以及電源模塊連接。
[0009]所述的子板的通用接口由A、B兩條平行的接口插槽組成，這兩條插槽分別是20*2針的母頭插槽，子板的通用接口的A插槽與子板的功能模塊連接，子板的通用接口的B插槽與子板的FPGA芯片連接。
[0010]子板通過子板的通用接口插接在主板的通用接口一或者通用接口二上，子板的通用接口的A插槽連接主板的通用接口一或者通用接口二的A插槽，子板的通用接口的B插槽連接主板對應的通用接口的B插槽。子板各模塊所需的電壓信號都是通過通用接口模塊由主板的電源模塊提供的，主板的FPGA芯片通過主板的通用接口一或者主板的通用接口二的B插槽可同時與兩塊子板的FPGA連接并實現(xiàn)通信，并定義時鐘信號位CLK、讀控制位RD、寫控制位WR、地址使能位ADS這四種控制信號、3位的狀態(tài)位、5位的地址位以及8位的數(shù)據(jù)位，同時主板的電源模塊通過主板的通用接口一或者主板的通用接口二的B插槽向子板提供1.2V、2.5V、3.3V、5V、+12V和-12V的電壓信號。所述的主板的外部接口為SCSI 68針的90度母頭接口，與外圍設備互聯(lián)，主板的通用接口一的B插槽和通用接口二的B插槽分別有24路信號通道和主板的外部接口連接。
[0011]一種適用于CPCI多功能采集控制裝置的通用接口模塊，當硬件裝置與工控機連接以后，主板和子板之間按照該通用接口模塊的通信協(xié)議進行通信:
[0012](I)首先，連接在主板上的功能子板將自身的工作狀態(tài)反饋給主板的FPGA芯片，從而使主板識別該子板對應的功能屬性，子板通過通用接口模塊上定義的3位狀態(tài)位進行子板狀態(tài)反饋，3位狀態(tài)位最多可以定義8種不同的狀態(tài)，000表示主板的該通用接口上沒有連接子板，001至111表示7種不同的功能子板，即主板最多可以識別7種不同的功能子板；
[0013](2)步驟⑴完成以后，主板FPGA將主板的通用接口一和主板的通用接口二的地址使能位ADS均置低電平，上位機給主板發(fā)出指令，主板獲得8位的地址，該地址的最高位為O表示選通主板的通用接口一所連接的子板，該地址的最高位為I表示選通主板的通用接口二所連接的子板；該地址從最高位開始第2位和第3位的組合表示選通子板的類別，共有00、01、10、11四種；從第4位到第8位的組合通過主板的通用接口一或者主板的通用接口二的5位地址位通道傳給子板，用于選擇子板的FPGA所定義的寄存器，最多可以在子板的FPGA定義32個不同地址的寄存器，這些寄存器用于存放子板的功能模塊從外圍設別采集的信號，或者存放主板通過通用接口一或者通用接口二的8位數(shù)據(jù)通道傳給子板的數(shù)據(jù)；
[0014](3)步驟(2)完成以后，主板的FPGA芯片根據(jù)上位機的動作進行判斷，如果沒有新的指令，則返回到(I);如果上位機傳達新的指令，即對選通的子板的功能模塊進行具體的操作，此時主板處于等待狀態(tài)，被選通的子板則進入步驟(4);
[0015](4)主板的FPGA根據(jù)上位機的指令進行判斷，如果是讀操作，則主板的FPGA通過通用接口模塊將選通的子板對應的讀控制位RD置低電平，被選通的子板將功能模塊采集的信號以8比特為一個單位，存儲在(2)中定義的32個寄存器內，然后子板的FPGA根據(jù)(2)中主板傳給子板的5位地址尋找到對應地址的寄存器，將該寄存器中存儲的8比特的信號通過通用接口模塊的8位數(shù)據(jù)位通道將信號并行地傳給主板的FPGA，處理后上傳給上位機；如果是寫操作，則主板的FPGA通過通用接口模塊將選通的子板對應的寫控制位WR置低電平，然后將上位機需要寫入的數(shù)據(jù)以8比特二進制數(shù)的形式通過通用接口模塊的8位數(shù)據(jù)位通道將數(shù)據(jù)并行地傳給子板的FPGA，子板的FPGA根據(jù)(2)中主板傳給子板的5位地址尋找到對應地址的寄存器，將數(shù)據(jù)存儲在(2)中定義的32個寄存器內，并根據(jù)需要傳給