基于FPGA的CPCI系统设计与实现.pdf

在本篇文档中，作者魏建勇主要介绍了如何基于FPGA技术实现一种紧凑型PCI（CPCI）系统的开发与设计。这篇文献详细阐述了CPCI技术在现代工控机箱中的应用，并针对其存在的扩展性、成本和面积等问题，提出了采用FPGA技术进行改良的方案。 我们需要了解CPCI技术的背景。CPCI是一种工业计算机总线标准，它基于PCI总线标准，但是采用了更加坚固的连接器和更符合工业应用的板卡尺寸和规范。CPCI设计为易于扩展的模块化平台，能够支持多种功能卡，例如数据采集卡、通讯卡等。然而，传统的CPCI板卡设计往往采用专用芯片来实现接口匹配，这不仅限制了板卡的功能扩展性，还增加了板卡的面积和生产成本。 在介绍的基础上，作者提出了一种创新的CPCI系统设计方案，该方案的核心在于利用FPGA芯片可编程的特性来代替传统专用芯片。FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可以通过编程来实现用户自定义功能的集成电路。FPGA的优点在于可重复编程、响应速度快、集成度高，因此非常适合于需要频繁调整硬件逻辑的场合，比如在CPCI板卡的设计中。 在这个新方案中，FPGA不仅仅被用来作为CPCI接口的匹配芯片，还被用来实现CPCI总线协议、仿真、外部通信总线协议以及外部中断机制和冲突避免机制。这样一来，原本由专用芯片实现的功能被集成到FPGA之中，使得板卡设计更为简洁、成本更低、体积更小，同时也提高了系统的灵活性和兼容性。这对于小型工业控制领域的应用而言，具有明显的优势。 在系统设计方面，作者详细介绍了系统框图和系统功能。系统框图展示了一个典型的CPCI板卡插入到工控机箱中的情况，并通过背板插槽与FPGA等关键部件相连。系统功能部分则强调了CPCI总线与用户IO接口之间的连接，以及如何通过特定的ARM处理器来控制FPGA芯片，从而实现CPCI系统的各种功能，包括电源控制、触发外部通信等。 本篇文献提供了一些实用性的参考信息，例如引用格式、关键词、中图分类号等，为后续的研究者或开发者提供了参考。通过分析本文献，我们可以看到FPGA技术在CPCI系统设计中的应用前景十分广阔，对于希望在小型工控领域开发高效、灵活系统的工程师和研究人员来说，这是一个值得学习和借鉴的案例。