fpdp总线接口电路的硬件设计.doc
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fpdp总线接口电路的硬件设计,1绪论1.1研究工作背景总线是支持计算机及微处理器各模块间信息传输的公共通道，也是与外界进行数据交换的接口，一般包括数据、地址、控制等信号。总线技术包括通道控制功能、使用方法、仲裁方法和传输方式等，系统地研制和外围模块的开发都必须服从一定的总线规范。在总线结构中，局部总线的发展最令人瞩目，目前应用比较广泛的局部总线是p...
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1 绪论
1.1 研究工作背景
总线是支持计算机及微处理器各模块间信息传输的公共通道，也是与外界进行数据交换的接口，一般包括数据、地址、控制等信号。总线技术包括通道控制功能、使用方法、仲裁方法和传输方式等，系统地研制和外围模块的开发都必须服从一定的总线规范。在总线结构中，局部总线的发展最令人瞩目，目前应用比较广泛的局部总线是PCI总线，但是存在一定的局限性，如果数据在通过PCI总线时，延迟时间过长（即便带宽满足），系统将崩溃。这种问题通常可以通过增加缓存来解决，但这种解决方法并不能从根本上解决问题，PCI总线的局限性还在于不能够脱离主机独立工作。
随着电子技术的发展，越来越多的系统需要大量的数据传输，此时单板系统已不能满足要求，需要多板来共同实现，因此数据的板间传输就显得尤为重要，而FPDP总线可提供两块或多块VME总线板之间的高速数据传输，其数据传输率最高可达160MB/s，在一个单独的VME板上也可以有多个FPDP总线进行信息传输。在多板系统中，应用VITA标准中的FPDP总线，必将提高系统的数据传输能力。
FPDP总线是VME工业标准化组织制定的传输高速数据的总线标准，是提高系统数据吞吐能力的一种手段。在信号处理系统中，利用FPDP总线将系统前置处理的数据，高速传输到信号处理板，必将充分发挥DSP的功能，提高系统的数据输入/输出能力[1]。
1.2 FPDP总线技术及其发展
FPDP是一个在板卡之间直接传输数据的系统，具有良好的带宽和延时特征，适用于高端实时的DSP系统。现在最流行的标准协议是VME、ISA、PCI，这些协议都依赖于共享的底板上的总线，共享意味着争夺有限的底板资源，它们不是以带宽保留和保证延时的概念开发出来的。因此尝试利用这些标准协议实现高端实时的DSP系统会出现冲突和失败。所以在许多场合设计者想设计一个专门的通道，相当于一个边带总线来传输特定的数据，这时FPDP总线就应运而生了。
FPDP总线标准由VME工业标准化组织制定，能够在VME或VXI总线插板之间进行高速的数据传输,该总线也可以作为其它类型总线插板的局部数据传输总线。
FPDP总线应用范围广泛，特别是在高速数据采集系统中，现在许多高速数据采集系统会碰到数据采集和要求把大量采集的数据实时送到处理板上进行处理的问题，由于在实际应用中，数据采集和数据处理往往是分开的，一块是数据采集卡，另一块是数据处理卡，两块板卡之间是独立的，若利用计算机现有的总线标准进行数据传输，如PCI，VME等总线，存在两个问题：一是若利用这些标准，就必须将两块板卡放在同一台主机里，而一台主机的总线资源是有限的，难免会出现资源争夺，带宽不能满足要求，故不能满足数据实时处理的要求；二是在实际有些情况下，必须将一台主机的数据传到另一台主机进行处理，若利用现有的计算机总线标准肯定不能满足要求，这时用FPDP总线将数据从采集卡传输到处理卡就能很好地满足高速数据采集系统的要求，因为它不占用底板或主机的总线资源。基于FPDP的数据采集系统，可广泛应用于航空航天、地震监测、石油勘探、医疗设备、声纳等数字信号处理设备中。
FPDP总线传输需要相应的传输协议。一般总线的传输协议分为同步传输协议和异步传输协议两种类型。同步协议很简单但是太严格，灵活性差；相反，异步协议能适合任何一种时序要求，但命令模块和响应模块需使用较多的控制线，接口比较复杂。准同步协议是一种折衷，不做说明时系统按同步规则运行，当明确要求异步操作时采用异步协议。在一个复杂的总线系统中，微处理器之类的主设备通常利用同步协议进行大批量的、时间相对确定的数据传输，而底板则采用异步协议。VXI总线是采用异步信号交换联络协议的全并行总线，每次信息传输由判优、寻址和数据传输组成，信息传输的速率由VXI总线上反应最慢的模块决定。在雷达信号处理等需要进行大量快速的数据传输的场合，就需要在VXI总线插板上采用高速的局部总线。局部总线有两种方式供选择，一种是加背板，另一种是利用前面板扁平电缆。FPDP总线就是采用后一种方式的高速同步局部总线，它不仅适用于插板之间的数据传输，而且可以支持两个VXI机箱之间的数据传输[2]。
FPDP总线是一种全并行的32位同步总线，由于不提供任何地址信息，因此FPDP总线上的数据可被多个插板使用。在采用PECL时钟的情况下，FPDP总线能够在两个或多个VXI插板之间以每秒160MB的速率进行数据传输。FPDP总线是一种单向总线，为了能够进行双向的数据传输，系统内需要设置两套或两套以上的FPDP总线[3]。
FPDP总线协议遵循ISO参考模型[2]，对最低两层做出了规定。ISO参考模型全称为开放式系统互联参考模型，该模型是按照分层思想进行划分的。FPDP协议包括数据链路层和物理层的协议，对硬件接口做了详尽的规定。
参 考 文 献
[1] 张华春, 孙长瑜. 基于FPDP的高速数据采集系统设计新方法[J]. 系统工程与电子技术, 2003,25(7):787-803.
[2] ANSI/VITA 17.American National Standard for Front Panel Data Port Specification[S].
[3] 庞潼川, 何佩琨. FPDP协议在高速数据采集处理系统中的应用[J]. 北京理工大学学报, 2002,22(4):514-516.
[4] 褚振勇, 翁木云. FPGA设计及应用[M] .西安: 西安电子科技大学出版社, 2002.
[5] 杨恒, 李爱国, 王辉, 王新安. FPGA/CPLD最新实用技术指南[M]. 北京:清华大学出版社, 1995.
[6] Wayne Wolf. 基于FPGA的系统设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.
[7] 杨恒, 卢飞成. FPGA/VHDL快速工程实践入门与提高[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003.
[8] 马彧, 王丹利, 王丽英. CPLD/FPGA可编程逻辑器件实用教程[M]. 北京:机械工业出版社, 2006.
[9] 杨恒. FPGA/CPLD最新实用技术指南[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005.
[10] 叶淦华. FPGA嵌入式应用系统开发典型实例[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.
[11] 朱明程. 现场可编程门阵列器件FPGA原理及应用设计[M]. 北京: 电子工业出版社, 1994.
[12] 刘皖, 何道君, 谭明. FPGA设计与应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2006.
[13] 刘韬, 楼兴华. FPGA数字电子系统设计与开发实例导航[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2005.
[14] 王诚, 薛小刚, 钟信潮. FPGA/C..
1.1 研究工作背景
总线是支持计算机及微处理器各模块间信息传输的公共通道，也是与外界进行数据交换的接口，一般包括数据、地址、控制等信号。总线技术包括通道控制功能、使用方法、仲裁方法和传输方式等，系统地研制和外围模块的开发都必须服从一定的总线规范。在总线结构中，局部总线的发展最令人瞩目，目前应用比较广泛的局部总线是PCI总线，但是存在一定的局限性，如果数据在通过PCI总线时，延迟时间过长（即便带宽满足），系统将崩溃。这种问题通常可以通过增加缓存来解决，但这种解决方法并不能从根本上解决问题，PCI总线的局限性还在于不能够脱离主机独立工作。
随着电子技术的发展，越来越多的系统需要大量的数据传输，此时单板系统已不能满足要求，需要多板来共同实现，因此数据的板间传输就显得尤为重要，而FPDP总线可提供两块或多块VME总线板之间的高速数据传输，其数据传输率最高可达160MB/s，在一个单独的VME板上也可以有多个FPDP总线进行信息传输。在多板系统中，应用VITA标准中的FPDP总线，必将提高系统的数据传输能力。
FPDP总线是VME工业标准化组织制定的传输高速数据的总线标准，是提高系统数据吞吐能力的一种手段。在信号处理系统中，利用FPDP总线将系统前置处理的数据，高速传输到信号处理板，必将充分发挥DSP的功能，提高系统的数据输入/输出能力[1]。
1.2 FPDP总线技术及其发展
FPDP是一个在板卡之间直接传输数据的系统，具有良好的带宽和延时特征，适用于高端实时的DSP系统。现在最流行的标准协议是VME、ISA、PCI，这些协议都依赖于共享的底板上的总线，共享意味着争夺有限的底板资源，它们不是以带宽保留和保证延时的概念开发出来的。因此尝试利用这些标准协议实现高端实时的DSP系统会出现冲突和失败。所以在许多场合设计者想设计一个专门的通道，相当于一个边带总线来传输特定的数据，这时FPDP总线就应运而生了。
FPDP总线标准由VME工业标准化组织制定，能够在VME或VXI总线插板之间进行高速的数据传输,该总线也可以作为其它类型总线插板的局部数据传输总线。
FPDP总线应用范围广泛，特别是在高速数据采集系统中，现在许多高速数据采集系统会碰到数据采集和要求把大量采集的数据实时送到处理板上进行处理的问题，由于在实际应用中，数据采集和数据处理往往是分开的，一块是数据采集卡，另一块是数据处理卡，两块板卡之间是独立的，若利用计算机现有的总线标准进行数据传输，如PCI，VME等总线，存在两个问题：一是若利用这些标准，就必须将两块板卡放在同一台主机里，而一台主机的总线资源是有限的，难免会出现资源争夺，带宽不能满足要求，故不能满足数据实时处理的要求；二是在实际有些情况下，必须将一台主机的数据传到另一台主机进行处理，若利用现有的计算机总线标准肯定不能满足要求，这时用FPDP总线将数据从采集卡传输到处理卡就能很好地满足高速数据采集系统的要求，因为它不占用底板或主机的总线资源。基于FPDP的数据采集系统，可广泛应用于航空航天、地震监测、石油勘探、医疗设备、声纳等数字信号处理设备中。
FPDP总线传输需要相应的传输协议。一般总线的传输协议分为同步传输协议和异步传输协议两种类型。同步协议很简单但是太严格，灵活性差；相反，异步协议能适合任何一种时序要求，但命令模块和响应模块需使用较多的控制线，接口比较复杂。准同步协议是一种折衷，不做说明时系统按同步规则运行，当明确要求异步操作时采用异步协议。在一个复杂的总线系统中，微处理器之类的主设备通常利用同步协议进行大批量的、时间相对确定的数据传输，而底板则采用异步协议。VXI总线是采用异步信号交换联络协议的全并行总线，每次信息传输由判优、寻址和数据传输组成，信息传输的速率由VXI总线上反应最慢的模块决定。在雷达信号处理等需要进行大量快速的数据传输的场合，就需要在VXI总线插板上采用高速的局部总线。局部总线有两种方式供选择，一种是加背板，另一种是利用前面板扁平电缆。FPDP总线就是采用后一种方式的高速同步局部总线，它不仅适用于插板之间的数据传输，而且可以支持两个VXI机箱之间的数据传输[2]。
FPDP总线是一种全并行的32位同步总线，由于不提供任何地址信息，因此FPDP总线上的数据可被多个插板使用。在采用PECL时钟的情况下，FPDP总线能够在两个或多个VXI插板之间以每秒160MB的速率进行数据传输。FPDP总线是一种单向总线，为了能够进行双向的数据传输，系统内需要设置两套或两套以上的FPDP总线[3]。
FPDP总线协议遵循ISO参考模型[2]，对最低两层做出了规定。ISO参考模型全称为开放式系统互联参考模型，该模型是按照分层思想进行划分的。FPDP协议包括数据链路层和物理层的协议，对硬件接口做了详尽的规定。
参 考 文 献
[1] 张华春, 孙长瑜. 基于FPDP的高速数据采集系统设计新方法[J]. 系统工程与电子技术, 2003,25(7):787-803.
[2] ANSI/VITA 17.American National Standard for Front Panel Data Port Specification[S].
[3] 庞潼川, 何佩琨. FPDP协议在高速数据采集处理系统中的应用[J]. 北京理工大学学报, 2002,22(4):514-516.
[4] 褚振勇, 翁木云. FPGA设计及应用[M] .西安: 西安电子科技大学出版社, 2002.
[5] 杨恒, 李爱国, 王辉, 王新安. FPGA/CPLD最新实用技术指南[M]. 北京:清华大学出版社, 1995.
[6] Wayne Wolf. 基于FPGA的系统设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.
[7] 杨恒, 卢飞成. FPGA/VHDL快速工程实践入门与提高[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003.
[8] 马彧, 王丹利, 王丽英. CPLD/FPGA可编程逻辑器件实用教程[M]. 北京:机械工业出版社, 2006.
[9] 杨恒. FPGA/CPLD最新实用技术指南[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005.
[10] 叶淦华. FPGA嵌入式应用系统开发典型实例[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.
[11] 朱明程. 现场可编程门阵列器件FPGA原理及应用设计[M]. 北京: 电子工业出版社, 1994.
[12] 刘皖, 何道君, 谭明. FPGA设计与应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2006.
[13] 刘韬, 楼兴华. FPGA数字电子系统设计与开发实例导航[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2005.
[14] 王诚, 薛小刚, 钟信潮. FPGA/C..
