[發明專利]一種基于PCI?E接口的大規模PLC高速背板總線系統

有效

• 申請號: 201510082221.2
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104636301B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 徐德剛;龍良曲;趙茂行;劉育峰;謝攀攀;周文俊;陽春華;桂衛華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F13/38
• 分類號: G06F13/38;G06F13/40
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種基于PCI-E接口的大規模PLC高速背板總線系統，其特征在于：

包括至少一個基于PCI-E接口的CPU模塊和至少一個基于PCI-E接口的端點設備，所述的CPU模塊和端點設備通過高速背板總線互相連接，CPU模塊和端點設備的事務數據通過PCI-E接口數據包的方式在高速背板總線中進行路由和傳輸；

CPU模塊包括CPU核心電路、FPGA核心電路、DDR內存、Flash和FIFO模塊；

端點設備包括了系統仲裁模塊以及分別與系統仲裁模塊通信連接的PCI-E數據收發模塊、PCI-E協議解析模塊、DMA控制模塊、DDR控制模塊、Flash控制模塊和FIFO控制模塊；PCI-E數據收發模塊通過金手指與高速背板總線物理層電路相連，分別完成接收PCI-E數據包和發送用戶程序處理結果；PCI-E協議解析模塊接收端點設備發送的數據包，按照接口標準解析數據包獲取事務數據；DMA控制模塊控制數據格式的打包解包和數據的搬運；DDR控制模塊通過FPGA接口與片外DDR相連接，對DDR實現配置、讀寫數據，DDR內存為處理結果數據緩存；Flash控制模塊通過FPGA接口與片外Flash相連接，對Flash實現配置、讀寫數據和擦除等操作，Flash為數據備份存儲器；FIFO控制模塊通過FPGA接口與片外FIFO相連接，對FIFO實現配置、讀寫數據，FIFO為FPGA核心電路與CPU核心電路間的數據交換橋；系統仲裁模塊協調高速背板IO的其他模塊之間的數據交換；

CPU核心電路與FPGA核心電路進行數據交互，運行用戶程序以處理從FPGA核心電路處獲取的事務數據；

系統工作時，CPU上運行實時操作系統，執行用戶程序，從端點設備上讀取指定的數據單元，通過PCI-E總線傳回數據，CPU對數據進行相關邏輯的處理工作，完成后再打包傳回IO模塊，IO模塊將相應的運算結果輸出到物理管腳上，系統的具體工作過程為：

步驟1：端點設備和CPU模塊通過根節點和交換開關連接到同一個背板總線鏈路內，系統上電初始化并自檢，根節點代表CPU發起配置事務請求初始化PLC，系統開始工作；

步驟2：CPU運行用戶程序，生成存儲器訪問請求從DDR、Flash取出數據進行處理；在用戶程序執行過程中，CPU和端點設備作為請求者發起事務請求或完成者完成事務請求，按照以下規則循環工作以實現事務通信：

1)當根節點代表CPU作為請求者發起事務，端點設備作為完成者對事務做出響應，則根節點把打包生成的請求事務數據包通過背板總線鏈路直接發送至對應的端點設備，或經過交換開關轉發至下游對應的端點設備，端點設備解碼獲取的數據包收集請求數據，若為非報告事務則同時返回一個帶數據的完成事務數據包；

2)當端點設備作為請求者發起事務，根節點代表CPU作為完成者對事務做出響應，則端點設備把打包生成的請求事務數據包通過背板總線鏈路直接發送至根節點，或經過交換開關轉發至上游的根節點，根節點解碼獲取的數據包收集請求數據，若為非報告事務則同時返回一個帶數據的完成事務數據包。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

還包括PCI-E根節點和PCI-E Switch，CPU模塊從根節點引出，通過PCI-E Switch連接端點設備；

所述的根節點用于連接CPU模塊和PCI-E接口且包括至少一個用于連接PCI-E接口的端口；

所述的PCI-E Switch用于PCI Express背板總線鏈路的擴展，使PCI Express背板總線鏈路能夠連接多個設備。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：

端點設備為PLC系統中具備PCI-E接口的設備，并用于數據IO與模擬IO的輸入與輸出及將高速的PCI-E數據包進行解析與壓縮。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于CPU模塊中FPGA采用Xilinx的Virtex-5系列XC5VLX110T型號芯片，或Zynq-7000系列XC7Z045型號芯片。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于CPU模塊中CPU處理器采用Xilinx FPGA提供的Microblaze軟核處理器或XC7Z045芯片內置的ARM Corte-A9雙核處理器。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，CPU模塊中DDR采用型號為MT9HTF6472Y-667B3芯片或MT8JTF12864HZ-1G6G1芯片。