基于FPGA的高速数据转接卡装置的制作方法

本实用新型涉及通信测量技术领域，尤其涉及上位机与多个dsp之间高速通信领域，具体是指一种基于fpga的高速数据转接卡装置。

背景技术：

随着通信测量技术的不断进步，网络通信产业的蓬勃发展，使用传统的测量仪器进行产品生产过程中的测量，就会产生测量仪器端口少、测量产品数量少、测量仪器与产品之间电缆连接次数多的问题，使产品的生产与质量的验证效率大大降低。

由于上述问题，急需一种产品的大规模测量技术，而要想实现产品的大规模测量，最重要的则是需要通过pc与多个测量设备相连接，使pc能够迅速的读取与接收多个测量设备的参数信息，对多个测量仪器进行控制，但若使用pc本身自带的usb接口，带来的结果还是可连接的测量仪器少，会影响产品生产效率，如要使用usb-hub进行连接，则会导致连线复杂，不方便接线的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足生产效率高、结构简单、适用范围较为广泛的基于fpga的高速数据转接卡装置。为了实现上述目的，本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置如下：

该基于fpga的高速数据转接卡装置，其主要特点是，所述的装置包括：

fpga模块；

时钟模块，与所述的fpga模块相连接；

地址模块，与所述的fpga模块相连接；

spi接口模块，与所述的fpga模块相连接；

sdram模块，与所述的fpga模块相连接；

usb模块，与所述的fpga模块相连接；

程序下载与调试模块，与所述的fpga模块相连接。

较佳地，所述的地址模块包括n位拨码开关。

较佳地，所述的spi接口模块包含多个spi接口。

较佳地，所述的程序下载与调试模块包括fpga运行程序存储与调试用jtag接口以及非易失性存储芯片。

采用了本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置，fpga可以通过spi接口连接多个dsp测量模块，fpga再将数据整理上传至pc，这样pc可以连接多个转接卡，转接卡又能连接多个dsp模块，所以使pc可连接的dsp测量模块大大增加，且通过usb3.0进行传输，其最高可达5.0gbps的传输速度可以满足测量速度的要求，同时基于fpga的硬件解决方案使产品的体积更小，价格更低，更灵活。fpga并行处理的结构使数据的传输更快，基于硬件编程语言使系统的稳定性提高，基于其现场可编程的特点使维护与升级变得更简单，节省了人力还有不必要的接线麻烦，同时又降低了测量成本。

附图说明

图1为本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置的硬件模块框图。

图2为本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置的地址模块框图。

图3为本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置的、spi接口与fpga连接框图。

图4为本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置的fpga-pc连接框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置的技术方案中，其中所包括的各个功能模块和模块单元均能够对应于集成电路结构中的具体硬件电路，因此仅涉及具体硬件电路的改进，硬件部分并非仅仅属于执行控制软件或者计算机程序的载体，因此解决相应的技术问题并获得相应的技术效果也并未涉及任何控制软件或者计算机程序的应用，也就是说，本实用新型仅仅利用这些模块和单元所涉及的硬件电路结构方面的改进即可以解决所要解决的技术问题，并获得相应的技术效果，而并不需要辅助以特定的控制软件或者计算机程序即可以实现相应功能。

本实用新型的该基于fpga的高速数据转接卡装置，其中包括：

fpga模块；

时钟模块，与所述的fpga模块相连接；

地址模块，与所述的fpga模块相连接；

spi接口模块，与所述的fpga模块相连接；

sdram模块，与所述的fpga模块相连接；

usb模块，与所述的fpga模块相连接；

程序下载与调试模块，与所述的fpga模块相连接。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的地址模块包括n位拨码开关。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的spi接口模块包含多个spi接口。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的程序下载与调试模块包括fpga运行程序存储与调试用jtag接口以及非易失性存储芯片。

本实用新型的具体实施方式中，产品为上位机与dsp之间高速通信用转接卡，硬件总共分为七个模块，分别为fpga模块、时钟模块、地址模块、spi接口模块、sdram模块、usb模块以及程序下载与调试模块(flash模块)，装置如说明书附图1所示。

地址模块：转接卡一次性可连接多个dsp，pc选择接收几个或者多个dsp发来的数据，有些实际工程中一个pc机可能要连接很多块dsp模块，所以一块转接卡通常是不够的，这就需要两块甚至更多的转接卡，这就导致pc机要识别即将接收哪几块转接卡所属的哪些块dsp的数据，所以应该在每一块转接卡和每一块dsp模块上增加地址模块，地址模块可以是n位拨码开关等表明地址的器件，大致框图如说明书附图2所示，若转接卡上的拨码开关为n位，dsp模块的拨码开关为m位，则系统中最多可以接n²×m²个dsp模块。

时钟模块：为fpga的工作提供基本时钟信号。

spi接口模块：spi接口模块的功能为将一块转接卡与多块dsp模块相连接，与dsp进行通信，其框图大致如说明书附图3所示，在设计时，可以根据spi接口的多少去选择资源合适的fpga，这样就能实现一块fpga通过spi接口与多块dsp通信进而来实现数据的交换。

sdram模块：由于sdram可以与系统总线以同频率工作，用同一个时钟周期即可完成数据的访问与刷新，进而大大提高了数据的传输速率，

在本方案中，首先将多个dsp模块中的数据接收存储到sdram中，待fpga接收到上传数据命令的时候再将数据发送出去，同样，当pc机需要传输大量数据给多个dsp模块时，也通过此流程进行，通过fpga对sdram的读写操作从而实现pc与dsp之间的大数据包高速交换的过程。

flash模块：该模块包含fpga运行程序存储与调试用jtag接口以及非易失性存储芯片，用来存储fpga的程序，掉电不丢失。

usb模块：usb模块采用usb3.0协议进行pc与fpga之间的通信，保证数据的高速传输，usb3.0设备控制器选用cypress的ez-usb-fx3usb3.0，fx3是一个集成了arm9处理器的usb3.0外设控制器，fx3设备在系统中的主要功能是在usb主机与fpga之间传输高带宽数据。强大的片上arm9处理器使fx3能够进行访问数据流，并能高效地处理数据。在本系统中arm9固件仅初始化和管理usb和数据消耗/提供设备两个接口间的数据传输，其与fpga连接的大致框图如说明书附图4所示。

首先整个系统要先上电初始化，初始化后首先pc要检测转接卡的数量，fpga检测相对应的dsp模块数量，之后采集卡将自己和相对应的dsp模块的地址整理发送给pc，这样就能够使pc发送数据到相应的dsp模块，之后pc发送数据到各个dsp模块，当pc想要数据时，就发送带有地址数据的指令给fpga，fpga将根据地址指令发送到相应的dsp模块中，之后将数据上传给fpga。

本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置的具体实施例如下：

基于fpga的高速数据转接卡装置：

该方案成功在一款dsp数据转接卡中实施，转接卡中fpga模块选择xilinx公司的spartan-6系列fpga，sdram模块选择512mddrsdram作为缓存器件，其双倍的数据读写能实现非常高的数据传输速度，其中fpga和dsp模块的地址模块都分别用了四位拨码开关，最终系统中可连接dsp模块数量高达256块，每块转接卡上的clk都采用100mhz，usb采用ez_usb3014_fx3，与pc连接部分的usb接口采用typec接口。

转接卡上电初始化后，接收来自pc的检测信号，查询转接卡的数量以及转接卡下面所挂板卡数量，fpga板卡数量通过在dsp上电初始化时，都会拉低指定的io口来表明已在线，再将信息传递给fpga，由fpga模块通过usb上传给pc，当上电之后系统还不能立即的传输命令，首先要确定dsp是否可以通信，当dsp回应数据表示可以通信时，才能做传输命令操作。

当dsp判断能够通信后，返回fpga数据，告知可以通信，fpga则向dsp发送指令，询问所有dsp拨码开关的地址，并结合转接卡上拨码开关的地址生成总地址。

地址匹配阶段完成后，pc就可以向对应的fpga下发参数，fpga再将参数根据地址发送到相应的dsp，dsp可以根据这些参数进行相应的工作，当pc需要各个dsp参数数据的时候，会先向fpga发送命令，之后fpga将命令发送到需要回传数据的dsp中，dsp将参数数据准备好，等待fpga索要数据，之后pc向fpga发送上传数据的指令时，fpga就读取相应dsp的数据再上传给pc，pc再对这些参数进行处理工作。

注意：pc机不是每次都需要fpga下所有的dsp板数据，而是有选择性的获取某一块或者几块的dsp数据，因此pc发往fpga的命令中包含了fpga与dsp的地址信息。

采用了本实用新型的基于fpga的高速数据转接卡装置，fpga可以通过spi接口连接多个dsp测量模块，fpga再将数据整理上传至pc，这样pc可以连接多个转接卡，转接卡又能连接多个dsp模块，所以使pc可连接的dsp测量模块大大增加，且通过usb3.0进行传输，其最高可达5.0gbps的传输速度可以满足测量速度的要求，同时基于fpga的硬件解决方案使产品的体积更小，价格更低，更灵活。fpga并行处理的结构使数据的传输更快，基于硬件编程语言使系统的稳定性提高，基于其现场可编程的特点使维护与升级变得更简单，节省了人力还有不必要的接线麻烦，同时又降低了测量成本。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。