1 导言
本文在研讨航空全双工交流式以太网（Avionics Full Duplex Switched Ethernet,AFDX）实时传输协议的根底上，剖析了依据CPCI接口的双冗余AFDX终端测验体系通讯模块的规划原理，要点介绍了支撑热插拔的CPCI接口电源电路剖析、FPGA与PCI9030接口模块时序剖析和在Windriver软件环境下的驱动程序的开发，为AFDX上位机底层驱动接口的开发和软件界面的开发以及AFDX交流机的研制打下了杰出的根底。
2 AFDX终端体系模块规划
本文规划的AFDX终端通讯体系包含FPGA操控模块、PCI接口模块、双冗余PHY模块。为了规划高可靠性的AFDX终端体系，规划了2个独立的双冗余交流网络，然后确保体系的可靠性信息传输。体系硬件架构如图1所示。
2.1 CPCI接口模块
CPCI接口模块由2个部分组成，榜首部分首要完结PCI总线协议功用，完结FPGA与上位机进行数据的通讯；第二部分首要完结从CPCI接口采电，并在板上进行电源办理，对整个板卡完结支撑热插拔的电源供给。
2.2 FPGA操控模块
FPGA操控模块是整个板卡的操控中心，它包含了AFDX协议栈的IP硬核，完结了AFDX协议栈特有的，如流量整形、虚拟链路调度、完整性查看、冗余办理、以太网MAC层硬件完结等功用以及其它如与PCI9056通讯、内部数据的缓存办理等功用。支撑10/100Mbps规范的航空实时以太网数据的可靠性传输。
以数据下传为例介绍FPGA操控模块的作业流程：首要在PC机上运转上层测验软件，经过它来设置发送通道的相应参数，该信息经过CPCI接口传送至可编程芯片，可编程芯片内的处理器单元依据PC机下传的参数来设置发送通道的相关寄存器参数，一起该音讯经过流量整形模块，进行规划化处理，使其输出的数据帧是规整的、没有时延颤动的。来自流量整形模块的数据帧由虚拟调度模块增加序列号（SN）后，发往冗余办理模块。冗余办理模块将需求发送音讯仿制发送到2个独立的冗余MAC链路层中。 MAC模块对数据帧增加帧序列校验，发往PHY模块。PHY层模块将可编程芯片内的MAC层的数据帧进行电平转化后传送至其他规范航空以太网PHY设备中。
2.3 双冗余PHY物理接口
双冗余的PHY模块完结以太网物理层的接口功用，完结AFDX航空以太网的可靠性传输，FPGA内部的航空以太网MAC层经过MII接口与PHY衔接，完结数据流的通讯。MII （Media Independent Interface 介质无关接口） 接口，即媒体独立接口，它是IEEE-802.3界说的以太网行业规范。它包含一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的办理接口。数据接口包含别离用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和操控信号。MII数据接口一共需求16个信号。办理接口是个双信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据信号。经过办理接口，上层能监督和操控PHY.本规划中选用的是双PHY芯片共用一个25MHz的外部晶振供给作业时钟，这样能够确保双冗余的PHY彻底作业同步。
3 CPCI接口电源电路剖析
热插拔功用首要用于CPCI设备，热插拔功用答应板卡随意从设备中插拔而不影响设备操作体系的正常运转。如图2所示，LTC1643L是一个答应CPCI型设备进行安全刺进和拔出的电源办理操控器，将体系的CPCI插槽电源接入到AFDX板卡，图中IRF7413是一个N型MOS管，用于操控3.3V和5V的电源供给，而-12V和+12V电源由片上开关供给，一切的电压的上升时间能够到达一个可编程的速率，一起还有电源过流毛病时的短路维护。
PCI9030的引脚BD_SEL#是CPCI接口中最小的插针之一，BD_SEL#衔接LTC1643L的使能引脚，低电平时有用敞开LTC1643L作业并一起给板卡供电。R10是一个0.018欧姆，0.5W,精度为1%的精细电阻，用于过流维护的电压检测电阻。当板卡发生毛病导致电流超越额定值之后，R10两头的压差将增大，SENSE引脚将此过流信息反馈至LTC1643L电源办理器，一起堵截电源供给，起到电源过流维护的功用。
4 FPGA与PCI9030接口模块时序剖析
在PCI9030与本地FPGA之间的通讯分为直接主形式（Direct Master Mode）、直接从形式（Direct Slave Mode）和DMA形式。因为PCI通讯要AFDX网络的10M/100M通讯速率，这儿选用直接从形式，作业时序如图3所示，PCI9030为主，FPGA为从。LHOLD为输出，声明运用本地地址数据总线，LHOLDA为本地总线请求运用成功的回来信号。LBE[3:0]#为本地总线使能操控引脚，这儿挑选32位宽的数据总线。LA[31:2]为地址总线，在本地总线请求运用成功信号回来且本地总线位宽使能有用后，开端输出地址信号。ADS#为起始信号，标明地址总线有用且开端一个有用的总线拜访，一起一个周期后就能够读数据或许写数据了，LW/R#低电平为读高电平为写。为了与PCI9030进行高效的数据通讯，FPGA里边必须有相应的本地数据通讯接口。
5 WinDriver软件的驱动出产
经过PLXMON软件对PCI9056的装备芯片进行装备后，能够运用Windows操作体系中WinDriver主动生成PCI驱动程序，过程如下：首要发动WinDriver Wizard,从开端菜单，挑选“程序 | WinDriver | Driver Wizard”;然后在Driver Wizard 菜单，单击“File | New Project”菜单来新建一个工程，从即插即用列表中挑选显示卡，经过出产商的姓名来选定。单击“Memory”标签。该显示卡的三个内存规模显示出来。内存规模中的BAR2映射的是FPGA内的RAM缓存块和专用寄存器，依据FPGA内核对这些缓存块和寄存器的可读写界说，能够在BAR2映射的区域里进行读写，若写进去的数值跟读出来的数值共同，外表CPCI接口通讯正常。最终一步为生成驱动代码：单击“Build | Generate code”菜单， Driver Wizard 将发生操作硬件资源的函数，能够在用户形式下在应用程序中直接运用这些函数，这个导游还会发生一个样本程序来运用这些函数操作硬件，上层界面的开发能够直接调用这些API函数。
6 总结
本论文中规划的带有CPCI接口的AFDX终端板卡通讯模块的规划，充分运用PCI总线传输速度快和CPCI接口支撑热插拔的特色，使得规划能满意双冗余AFDX的高速数据传输，运用方便和设备体积相对较小，便于带着，该板卡现已完结AFDX通讯协议并批量出产出售。此论文的研讨为AFDX网络交流机的研制打下了杰出的根底。
