[實用新型]基于PCI和FPGA的新型微機接口實驗平臺

有效

• 申請號: 201120299388.1
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN202373179U
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 王文濤;朱順安;張皓月;汪紅;楊喜敏
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: G09B19/00
• 分類號: G09B19/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術領域

本實用新型涉及一種微機接口實驗平臺，尤其是能夠讓學生自主設計、探索和創新的開放式多用途實驗平臺。本實用新型屬于微機接口技術和嵌入式系統領域。?

背景技術

傳統的微機原理與微機接口實驗多采用X86架構下16位的平臺，已經不能滿足當今技術發展和本?？萍把芯可虒W與研究的需要。國外相關計算機課程，已采用通過HDL語言來介紹硬件電路，輸入與輸出以及真值表，學生在學習傳統接口電路的同時，也學習了如何運用HDL語言設計接口電路邏輯。?

在已有的實驗平臺專利中，200620096822.7武漢大學的嵌入式電子設計自動化多功能創新性實驗平臺，采用Altera公司的EP2C35F672FPGA芯片和200710121373.4清華大學的可編程片上系統實驗平臺，采用Cypress公司雙CY8C21001?FPGA芯片所設計的實驗，都是通過JTAG下載邏輯設計到FPGA芯片，脫機運行實現FPGA直接控制I/O部件，此方式與微機接口實驗中采用的CPU通過接口芯片控制I/O的運行方式不相符，不適用于微機接口實驗。?

2006年碩士論文《基于PCI總線的微機接口技術實驗設備研制》中沒有用到FPGA做接口芯片邏輯，它的實驗設備只能工作在DOS和Win98?環境中，不支持C/C++編程。本實用新型通過總線橋接電路將PC機的PCI總線I/O讀寫時序轉換成ISA總線的I/O讀寫時序，接口芯片與FPGA芯片與ISA總線相連。PC機不僅可以對接口芯片(包括8255、8253、8251、8259、8279等)進行讀/寫訪問，同時可對FPGA上的運用HDL語言編寫的接口邏輯組件(如：8253、8255的接口邏輯)進行讀/寫控制。在此基礎上可以實現對原有接口芯片的邏輯功能進行自定義的擴展設計。本實用新型采用“樂高”思想搭建平臺，總線橋接電路、接口芯片電路、FPGA芯片電路、外設電路通過排線跨接，能組成面向不同層次的實驗平臺，且易于維護與升級。?

發明內容

本實用新型解決的技術問題是：克服目前國內微機接口實驗平臺不支持接口芯片邏輯的編程與PC機在線編程，缺乏開展創新實驗條件，擴展性和維護性差的不足，提供一種新型開放式微機接口創新實驗平臺，能夠使學生深刻的理解微機接口實驗原理，開展自主的接口實驗電路設計，充分開拓學生的創造性，鍛煉學生的研發能力和實際動手能力。?

本實用新型的解決方案是：開放式微機接口創新性實驗平臺，其特點在于：以開放性為設計原則，以使學生能實時直觀的了解實驗過程、輕松的進行電路設計與擴展為要求，以達到最大限度地發揮學生的創造性為目標，采用了總線(PCI總線與ISA總線)、多平臺(PC平臺與FPGA平臺)、多模塊(接口芯片模塊和IO模塊)的架構，PC機通過PCI/ISA橋接卡與實驗平臺相連，將PC機的PCI總線I/O讀寫時序轉換成ISA總線的I/O?讀寫時序，可以直接對實驗平臺上的所有芯片(包括FPGA中的仿真接口邏輯組件)進行讀寫控制，實現PC機在線編程與調試。同時PC機也可以通過FPGA配置電路與FPGA相連對其進行配置，在FPGA芯片上實現多種接口芯片電路的邏輯組合。核心電路作為接口芯片區，主要包括接口芯片組和FPGA芯片，FPGA與接口芯片組可以相互通信。外設電路包括LED撥碼開關模塊，數碼管模塊，鍵盤區，直流電機，步進電機，AD，DA模塊，揚聲器模塊，時鐘模塊，電源模塊。以上外設模塊可以被FPGA芯片與接口芯片組訪問。?

本實用新型的工作原理是：新型開放式微機接口創新實驗平臺以“微型計算機接口技術與應用”、“微機計算機原理”等課程的配套教學實驗為主，兼顧通用的軟硬實現手段，密切結合課程要求和實際應用研發而成，可完成多種16位/32位微機接口的實驗。實驗平臺采用PCI/ISA總線橋接技術，PC機可以直接通過I/O讀寫命令來控制實驗平臺上各個接口芯片和FPGA芯片中的仿真接口邏輯組件，最后在外設上驗證實驗結果。實驗平臺提供基于8255，8253接口芯片邏輯的由Verilog語言實現的參考設計。另外，還可在FPGA中安裝不同的CPU邏輯組件(如：PowerPC、MicroBlaze、8051等IP核)，與實驗平臺上的接口芯片和I/O電路組成不同架構下的嵌入式實驗環境，供教學和實踐活動中靈活選擇。?