X20HB2881冗余控制器

X20HB2881冗余控制器

厦门阿米控技术有限公司

主营业务：  1、分散式控制系统(DCS) 2、可编程控制系统（PLC）

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1.1 微控制器模块
微控制器模块是系统的控制中心，它包括FPGA芯片、50 MHz有源晶振、JTAG调试模块、4 MB EPCS串行FLASH和16 MB的48LC4M32型SDRAM。其中，FPGA芯片是微控制器模块的核心，选用了Altera的BGA封装的EP3C16F256型FPGA，该芯片本身具有可编程、可裁减等特点，通过采用SoPC技术，应用Quartus开发环境提供的可裁减IP模块，可在FPGA内快速构建一个嵌入式微计算机系统来实现系统的复杂事务处理功能[3]。FPGA内实际应用的IP模块包括：32 bit RISC Nios II CPU、SDRAM控制器、2个SPI主控制器、PIO控制器以及用于软件调试及程序引导的JTAG-UART和EPCS-Control等。
通过选用FPGA，采用SoPC技术定义必要的IP模块，合理分配芯片资源，在实现系统功能的同时加快了开发周期，提升了系统性能。
1.2 USB协议处理模块
USB协议处理模块由FPGA芯片内部的PIO控制器、SPI主控制器及CH376芯片组成。
其中，CH376芯片可支持USB设备方式和USB主机方式，并且内置了USB通信协议的基本固件、SD卡的通信接口固件、FAT16和FAT32等文件系统的管理固件，支持常用的海量存储设备和SD卡。CH376芯片支持8 bit并口、SPI接口和异步串口3种通信接口。
在本系统中，CH376芯片工作于USB设备方式。 FPGA与CH376的通信方式采用SPI方式，为与CH376芯片的正常通信，FPGA的SPI设置为主模式，总线宽度为8 bit，模式为0，高位在前，速率设置为5 Mb/s（可设置在2 Mb/s~24 Mb/s之间）。CH376芯片在USB设备方式下支持5个物理端口，端点0是默认端点，支持上传和下传，缓冲区各为8 B；端点1包括上传端点和下传端点，缓冲区各为8 B；端点2包括上传端点和下传端点，缓冲区各为64 B。端点2的上传端点作为批量数据发送端点，端点2的下传端点作为批量数据接收端点，端点1的上传端点作为中断端点，端点1的下传端点作为辅助端点。根据板卡工作模式的不同，数据传输端点也不同，在总线模式下，由于ARINC429总线的收发速率较慢（大100 KB），因此数据的传输采用中断方式，应用CH376芯片的端点1作为数据的上传和下传端点；在U盘模式下，应用端点2批量方式数据传输。
需要强调的是，在总线模式下， CH376芯片对数据的传输是基于中断方式的，在对其进行操作时，FPGA本地端应注意对中断的处理。由于ARINC429总线是全双工传输方式，数据的上传和下传是立的，在数据的上传过程中，应关闭FPGA的中断，数据上传成功后开启中断，且在数据上传成功后，CH376将中断信号INT置“0”，此时，由于FPGA已关闭中断，对该中断不响应，可采用查询方式，并对相应的寄存器进行操作，将INT信号复位。数据的上传由FPGA的中断处理函数完成，在中断处理函数中，将USB总线下传的数据发送至发送FIFO，以供ARINC429协议处理模块发送。

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