一種基于SRIO總線的接口模塊設計與實現

徐玉杰，任玉明，張 楠

（中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

隨著綜合化處理技術的進一步發展，一臺通信偵察設備對外交聯信息通路的種類和數量越來越多，為了更好地對這些信息通路進行管理，這些交聯信息通路被集成到一個接口模塊上實現。在XX系統中負責為子系統提供對外通信接口的接口模塊，是一個典型的高度集成化的接口模塊，該接口模塊內部集成了FC、MBI、以太網、422、SPI等不同速率和不同形式的接口。本文主要從系統結構、設計方案和硬件設計方面介紹該接口模塊的設計與實現。該接口模塊的結構設計符合通用化設計要求。

1 SRIO簡介

SRIO是Serial Rapid IO的簡稱，該總線是面向嵌入式系統開發提出的高可靠、高性能、基于包交換的新一代高速互聯技術，于2004年被國際標準化組織(ISO）和國際電工協會(IEC）批準為ISO/IECDIS 18372標準。SRIO總線廣泛應用于嵌入式的基礎設施的應用中，常見的應用包括多處理器互連、存儲器網絡設備中的存儲器映射、存儲子系統和通用計算平臺［1］。SRIO協議是一個包含物理層、傳輸層和邏輯層3層結構的協議。其中，物理層定義電氣特性、鏈路控制、低級錯誤管理、底層流控制數據；傳輸層定義包交換、路由和尋址機制；邏輯層定義總體協議和包格式?？梢詫崿F最低引腳數量，采用DMA傳輸，支持復雜的可擴展拓撲，多點傳輸；可選的1.25 Gbps、2.5 Gbps、3.125 Gbps、5 Gbps和6 Gbps 5種速度能滿足不同應用需求，是未來十幾年中嵌入式系統互聯的最佳選擇之一［2］。

2 方案設計

本文所設計的接口模塊可與SRIO總線架構的處理器模塊協同工作，與處理器模塊之間通過兩個SRIO主機接口進行通信；接口模塊上集成了多種接口，其中FC接口、MBI接口和千兆以太網電接口是通信偵察設備子系統對外接口；422接口、SPI接口等為該子系統內部控制接口。接口模塊的系統結構如圖1所示。

圖1 接口模塊的系統結構

3 系統硬件設計

3.1 FC接口

光纖通道(FC）以其高帶寬、低延時、強可靠性、拓撲結構靈活等特點成為新一代航空電子系統的主干網絡［1］，各分系統為了接入主干網，需要在分系統中提供FC接口，本設計中為使FC接口滿足智能化、低功耗、高可靠、易升級的設計要求，選擇含內嵌處理器的FPGA為設計核心，完成通信協議、收發幀調度、數據收發管理等功能，設計通用的FC接口硬件電路，并配置主機接口為SRIO接口，FC接口功能架構如圖2所示。FC接口電路的核心器件為FPGA，該芯片包含豐富邏輯資源、提供多路高速串行通信接口GTX，可滿足FC接口的設計需要。外部通過光電轉換芯片實現FC光信號的收發。提供一路調試串口，采用FPGA內部的UART控制器與外部電平轉換芯片實現。

圖2 FC接口電路

3.2 MBI接口

該方案中MBI接口采用FPGA＋SoC 1553B的方法實現，其技術成熟且硬件電路較少，對FPGA的資源要求不高。SoC芯片內部集成了處理器，具有實時時鐘(RTC）、看門狗(WDT）、時間間隔計時器(DT）功能的片上系統，可實現GJB289A-97中規定的RT功能，主機接口配置為SRIO接口。MBI接口功能架構如圖3所示。

圖3 MBI接口電路

3.3 千兆以太網SerDes接口與電接口的轉換

以太網技術是目前使用最為廣泛的局域網技術，它具有技術先進價格低廉及使用靈活等特點，在實際應用的計算機網絡中占有超高的市場份額［5］。隨著技術的發展，數據速率的提升，以太網技術也在一步步發展，從最初的100 Mb/s發展到1 000 Mb/s，同時其傳輸介質也不斷更新換代換代。因此，不同傳輸介質接口之間的轉換也非常普遍。

在該系統中，千兆以太網交換設備集成在處理器模塊中，接口數量受限，在系統調試過程需要調試網口(電接口）與外部計算機進行通信，為了不增加額外以太網接口，本設計中處理器模塊與接口模塊之間的千兆以太網數據通路在系統調試過程中作為調試網口使用，同時在接口模塊中完成以太網SerDes接口與電接口的轉換，這樣即可實現與外部計算機通信，調試完成后通過更改FPGA邏輯將該接口用于數據傳輸。這樣一路以太網接口同時具備調試與數據傳輸的功能，既減少了千兆以太網接口數量又實現了千兆以太網SerDes接口與電接口轉換。

該方案通過物理層芯片與FPGA之間的互聯，實現千兆以太網SerDes接口與電接口的轉換，該轉換對FPGA邏輯資源要求不高，且該普通的FPGA均提供嵌入式以太網MAC核，符合IEEE Std 802.3標準［4］，因此和MBI接口共用一片FPGA。其硬件設計的關鍵在于元器件之間的接口互連，圖4為關鍵元器件接口互聯的示意圖。

圖4 接口轉換

該以太網接口轉換電路硬件設計較為復雜，但方案中兩個以太網物理層芯片均與FPGA相連，實際使用過程中可根據需求靈活調整數據通路。

3.4 離散量接口

為了提高該接口模塊的通用性，本設計增加了一些常用的低速通用接口，如422、SPI等，這些接口功能較為簡單，對邏輯的需求不高，滿足對通信偵察子系統內部信號進行管理的能力和對標準4線制MLVDS電平SPI信息進行接收、處理、發送的能力。

4 實驗與驗證

對本文所設計的接口模塊進行功能和性能的測試驗證，搭建了測試驗證平臺，如圖5所示。

圖5 驗證平臺

將該接口模塊與配套的處理器接入背板，從前面板分別將FC接口和MBI接口接入FC及MBI總線仿真測試設備，以太網作為調試接口接入計算機。使用FC及MBI總線仿真測試設備，通過FC，MBI總線及以太網接口向接口模塊發送數據，接口模塊中對數據進行轉換后分別發送給對應的SRIO主機接口和以太網接口，配套的處理器模塊接收到數據后將數據直接返回，數據通過接口模塊的FC，MBI總線及以太網接口到達FC及MBI總線仿真測試設備，在測試設備中對數據進行比較。

5 結語

經過具體的工程應用驗證，該設計所描述的接口模塊工作穩定可靠，功能性能達到了設計的預期目的。同時，該接口模塊可通過底板與任何留有SRIO總線接口的處理器配套使用，接口模塊中接口豐富，具有一定的通用化和模塊化意義。