基于PCI9052的时统模块设计

摘 要

本文设计了一种基于PCI9052 的422时统信号处理模块，介绍了模块的总体设计方案，详细分析了模块CPCI总线接口分系统、秒脉冲预处理分系统和FPGA处理分系统的组成和实现原理，并搭建测试环境对模块的功能进行验证。该模块可应用于恶劣环境的工业控制领域。

【关键词】CPCI 时统 FPGA

1 总体方案设计

基于PCI9052的时统模块总体硬件设计原理框图如图1所示，上行通过PCI总线与主控设备相连，下行对外提供1路422秒脉冲输入接口。系统主要由3个分系统部分组成，包括CPCI总线接口分系统、秒脉冲预处理分系统和FPGA处理分系统。其中CPCI总线分系统用于基于PCI9052芯片设计，实现PCI总线到内部Local Bus总线的适配，PPS秒脉冲预处理分系统实现秒脉冲信号的电平转换，FPGA处理分系统用于秒脉冲信号处理、中断提起和总线控制等功能，使各分系统之间协同工作。

2 CPCI总线接口分系统设计

CPCI总线接口分系统核心部分芯片为内部集成33MHz的32位PCI总线的PCI9052芯片。本设计中，PCI9052上行采用标准的32为PCI总线，下行为由11位地址总线、32位数据总线和其它控制信号组成的Local Bus内部总线。另外PCI9052还通过外扩串行EEPROM实现对芯片初始化和工作状态的配置工作，EEPROM型号为93LC46，容量为1K。

3 秒脉冲预处理分系统设计

PPS秒脉冲预处理分系统其核心器件为MAXIM公司的MAX1490，外部PPS秒脉冲输入信号为差分422电平的PPSIN±，采用200mA的自恢复FUSE保险丝对输入PPSIN±信号进行限流，PPSIN±秒脉冲信号进入MAX1490后，引出1路隔离后的TTL信号PPSIN，送入FPGA中进行后续处理。为便于对PPS秒脉冲输入接口进行测试，设计中还增加了1路秒脉冲输出信号PPSOUT±，FPGA中输出1路TTL秒脉冲信号PPSOUT，送入到MAX1490后直接引出422差分脉冲信号PPSOUT±，可以直接作为测试信号源输入到PPSIN±进行测试，同时也可以预留作为定时器输出功能。

4 FPGA自定义寄存器

FPGA处理分系统用于秒脉冲信号处理、中断提起和总线控制等功能，使各分系统之间协同工作。根据各处理单元功能需求，FPGA中设计了6个自定义寄存器，均为32位，由PCI总线32位MENMORY读写周期访问，位于PCI总线地址空间的Memory空间BAR3段，分别为中断屏蔽寄存器、中断清除寄存器、中断请求寄存器、时统输出寄存器、定时器计数寄存器、计数值清零寄存器，各寄存器的偏移地址、读写状态和基本功能描述如表1所示。

5 模块功能测试

为验证时统模块接口的功能，搭建环境对基于PCI9052的时统模块进行功能测试验证，将时统模块连接到CPCI底板上，模块的PCI总线通过底板和CPCI主控模块相连，时统脉冲输入功能通过外部的422电平时统信号源输入进行测试，主模块端加载时统功能测试驱动程序。测试结果表明，该模块422脉冲输入接口可以正常接收外部输入时统信号，向主模块提起中断信号，并在内部定时器中正确计数接收的外部脉冲数量。为进一步验证模块的抗恶劣环境性能，将模块放入密闭机箱中进行高低温试验，模块在-15摄氏度到55摄氏度的环境下功能正常。

6 结束语

本文设计了一种基于PCI9052的422时统模块，介绍了模块的总体硬件设计方案，对方案中的CPCI接口分系统，秒脉冲预处理分系统和FPGA处理分系统三个分系统的原理和实现进行了详细分析，对模块的自定义寄存器也进行了介绍，最后搭建测试环境，验证了模块的时统输入功能。该模块适用于恶劣环境的工业计算机领域。

参考文献

[1]张兴堂，王巍，刘莉.基于FPGA与CPCI总线的通用时统模块设计[J].工业控制计算机，2009（02），5-6.

作者单位

江苏自动化研究所 江苏省连云港市 222006