基于FPGA的PC104总线接口电路设计
### 基于FPGA的PC104总线接口电路设计 #### 一、引言 PC104作为一种带有PC兼容性的模块,在继承PC资源的基础上进行了优化,使其不仅与IBM PC完全兼容,还具备小尺寸(91.44mm×96.52mm)、良好的抗震性以及低功耗等特点[1]。对于机载产品而言,由于其工作环境受限于狭小的空间,因此在设计时需要考虑如何在最小尺寸上实现最多功能的集成,以达到小型化的目的。 本文针对采用PC104构建计算机系统的机载产品,提出了一种利用现场可编程门阵列(FPGA)来替代专用芯片进行总线接口电路设计的方法,并重点介绍了通过软件设计由FPGA实现PC104总线数据传输控制的过程。通过实验验证了这种方法的可行性。 #### 二、PC104总线介绍 PC104总线是由ISA总线发展而来的一种标准,旨在满足嵌入式系统的需求。它具有以下特点: 1. **尺寸紧凑**:91.44mm×96.52mm的尺寸使得其非常适合空间受限的应用环境。 2. **兼容性**:支持16位和8位两种数据宽度,可根据实际需求选择。 3. **抗震性**:采用堆栈式连接,提高了系统的抗震性能。 4. **低功耗**:相比其他类型的PC系统,PC104拥有更低的功耗特性。 #### 三、FPGA实现PC104总线接口设计 FPGA作为一种高度灵活的集成电路,可以通过配置不同的逻辑单元来实现复杂的功能。在本文中,我们利用FPGA实现了PC104总线接口的设计,具体包括以下几个步骤: 1. **硬件设计**:为了简化硬件电路设计,我们将所需的PC104总线信号与FPGA的I/O口进行连接。由于FPGA的工作电压为3.3V,而PC104总线信号通常为5V TTL电平,因此需要使用电平转换器件来确保信号的兼容性。 2. **软件设计**: - **异步FIFO设计**:利用FPGA内部的IP库可以轻松实现异步FIFO的功能,为CPU之间的通信提供高效的数据缓冲区。 - **总线接口设计**:通过编写硬件描述语言(VHDL)代码来实现PC104总线接口电路的功能。这包括地址锁存、读写控制等关键信号的处理。 3. **信号选择**:根据PC104总线的I/O访问时序,仅需使用以下信号即可完成8位总线的通信设计: - SD0~SD7: 数据总线 - SA0~SA9: 地址总线 - BALE: 地址锁存信号 - AEN: DMA选通信号,高电平表示处于DMA模式 - IOR: I/O口读信号 - IOW: I/O口写信号 4. **电路原理图**:设计接口电路的原理图如图1所示。图中展示了FPGA与PC104总线之间连接的关键部分,包括必要的信号线路以及用于信号电平转换的器件。 #### 四、实验验证 为了验证上述设计方案的有效性,我们进行了一系列的实验测试。实验结果表明,通过FPGA实现的PC104总线接口电路能够稳定地工作,并且与传统的专用芯片相比,不仅降低了成本,还极大地简化了硬件设计过程。 #### 五、结论 通过本文的研究,我们成功地利用FPGA实现了PC104总线接口电路的设计,并通过实验验证了其可行性和有效性。这种方法不仅适用于机载产品的开发,对于其他需要小型化设计的应用场景也具有重要的参考价值。 #### 参考文献 [1] PC104标准文档. (URL: http://www.pc104.org/standards/) [2] Xilinx FPGA IP Core Library. (URL: https://www.xilinx.com/products/ip/fifo.html) --- 通过上述详细介绍,我们可以看到,利用FPGA来实现PC104总线接口的设计是一种非常有效的方法,不仅能够简化硬件设计,还能提高系统的灵活性和可靠性。
- 猎头顾问Ake2017-10-09整体来说讲的还可以行。
- LiuFangQuan2014-05-23不好意思,对我没什么启发
- 粉丝: 0
- 资源: 6
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助