韓強

摘要：隨著新一代機載航電系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理模塊設計日益復雜，研制可應用在多個航電系統(tǒng)中的通用化處理模塊，具有重要意義。本文提出一種基于VPX的3U通用處理模塊，模塊集成高性能處理器，對外提供PCIE、RapidIO等高速信號，模塊可滿足一般機載航電系統(tǒng)中對接口控制和數(shù)據(jù)處理的需求。

關鍵詞：VPX；PCI-E；通用處理模塊

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）13-0213-01

1 引言

隨著新一代機載航電系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理模塊的運算處理和通信性能要求變得更高，模塊的設計將變得更為復雜。研制可以應用在不同航電系統(tǒng)中通用處理模塊，對項目成本、管理、進度都有重要意義。該研制可避免重復的設計，能有效降低項目研制成本，同時縮短產品研制周期。

VPX總線[1]是VITA（VME International Trade Association）組織提出的新一代高速串行總線標準，該標準規(guī)定了模塊的基本結構、總線信號定義等相關內容。VPX總線引入了RapidIO、PCI-E、萬兆以太網、FC等高速串行總線[2]，采用高速串行總線替代之前VME總線的并行總線，采用交換式網絡替代VME的總線式網絡[3]，交換式的網絡可大大提高系統(tǒng)內部通信性能，處理器可在任意時間發(fā)送數(shù)據(jù)，而不需等待總線后才發(fā)起傳送，非常適合目前的具有多個處理器的航電系統(tǒng)[4]。

2 模塊概述

模塊采用1片MPC8548E作為主處理器，主頻1.0GHz。存儲資源包含DDR2 SDRAM、FLASH以及NVSRAM。模塊上通過FPGA來實現(xiàn)處理器局部端總線的控制邏輯，同時通過FPGA實現(xiàn)模塊的輸入/輸出和中斷控制。處理器輸出2路千兆以太網接口連接至底板連接器用于調試。配置串行總線接口，對外輸出×4 PCI-E 和×4 RapidIO?！? PCI-E 輸入PCI-E交換芯片，通過該芯片轉換出六路PCI-E信號，分別為四路×4 PCI-E和兩路×2 PCI-E，引出至底板連接器。另外一路×4 RapidIO也直接引至底板連接器。模塊上處理器對外輸出2路RS232接口和2路RS422接口。具體如圖1所示。

3 設計要點

3.1 基于VPX標準的設計

模塊的尺寸結構按照3U 的VPX標準進行設計（100mm×160mm），采用VPX標準底板連接器。底板信號主要分為三部分：P0、P1、P2。P0主要定義電源和離散量信號，電源可選擇三種輸入電壓，本模塊按照5V電壓設計。其他離散量均按照規(guī)范去設計，主要包括系統(tǒng)復位、GA離散量、NvSram只讀使能、參考時鐘等信號。P1可定義32對差分信號，本模塊定義4對×4 PCIE收發(fā)信號。P1中定義電池電壓信號，為模塊RTC日歷時鐘等供電。同時P1還可根據(jù)用戶自定義4個信號。P2既可定義32對差分信號，也可定義80個單端信號。本模塊選擇定義32對查分信號，定義了2對×4 PCIE、1對×4 RapidIO、2對千兆以太網。

3.2 PCI-E 交換芯片

采用PLX公司的PEX8648作為PCI-E的交換芯片，該芯片可支持到PCIE 2.0規(guī)范，最多支持12端口、48通道，可選擇配置每個端口的通路數(shù)為x4，x8或x16，也支持x1和x2的通路數(shù)，合計480GT/s的帶寬。芯片支持Non-Transparent Bridging（非透明橋）傳輸，設計中通過交換芯片輸出4路×4 PCI-E接口及2路×1 PCI-E接口。

3.3 時鐘電路

模塊上時鐘電路設計中，通過66MHz單端時鐘提供MPC8548E處理器需要的工作時鐘，通過100MHz差分時鐘提供處理器PCI-E/SRIO接口的工作時鐘。模塊上為所有的PCI-E設備提供100MHz的同源差分工作時鐘。以太網PHY接口芯片和以太網交換芯片需要125MHz的工作時鐘。以上所需的時

鐘電路通過高性能時鐘晶振產生源時鐘，并通過時鐘倍頻器和時鐘驅動器等來獲得模塊上各芯片工作所需的時鐘。模塊上MPC8548E工作所需的外部參考時鐘信號SYSCLK，由66MHz晶振通過時鐘驅動器CY2305產生，供處理器內部處理器資源使用。

模塊上的時鐘電路示意圖如圖2所示。

3.4 復位監(jiān)控電路

模塊設計1個復位電路，保證模塊器件同時復位或工作。模塊上采用MAX706提供檢測電源電壓，當+3.3V低于2.9V時，產生上電復位有效信號。在FPAG中組合JTAG接口復位信號，產生處理器復位信號和板級復位信號。模塊復位電路如圖3所示。

4 結論

本文提出一種基于VPX的3U通用處理模塊，模塊集成MPC8548E處理器，對外提供6路PCIE、1路RapidIO、2路千兆以太網等高速信號，模塊能滿足一般機載航電系統(tǒng)中對接口控制和數(shù)據(jù)處理的需求。該模塊已應用在多個項目中，大大提高項目研制進度，同時節(jié)約了項目研制成本。

參考文獻：

[1] Mercury Computer Systems，Inc . Technology Overview：VITA46（VPX）. http：//www.mc.com

[2] 包利民，潘奇. VPX 總線技術及其實現(xiàn)[J]. 電子機械工程，2012，28（2）： 57-60.

[3] 王麗，付月生，陳思思.基于VPX總線的系統(tǒng)主控模塊的設計與實現(xiàn)[J].電子設計工程，2004（8）.

[4] 吉玉潔，張小林.VPX總線標準研究及其在無人機中的應用展望[J].計算機測量與控制，2012（8）.