基于VPX标准3U通用处理模块设计

摘要：随着新一代机载航电系统的发展，数据处理模块设计日益复杂，研制可应用在多个航电系统中的通用化处理模块，具有重要意义。本文提出一种基于VPX的3U通用处理模块，模块集成高性能处理器，对外提供PCIE、RapidIO等高速信号，模块可满足一般机载航电系统中对接口控制和数据处理的需求。

关键词：VPX；PCI-E；通用处理模块

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）13-0213-01

1 引言

随着新一代机载航电系统的发展，系统对数据处理模块的运算处理和通信性能要求变得更高，模块的设计将变得更为复杂。研制可以应用在不同航電系统中通用处理模块，对项目成本、管理、进度都有重要意义。该研制可避免重复的设计，能有效降低项目研制成本，同时缩短产品研制周期。

VPX总线[1]是VITA（VME International Trade Association）组织提出的新一代高速串行总线标准，该标准规定了模块的基本结构、总线信号定义等相关内容。VPX总线引入了RapidIO、PCI-E、万兆以太网、FC等高速串行总线[2]，采用高速串行总线替代之前VME总线的并行总线，采用交换式网络替代VME的总线式网络[3]，交换式的网络可大大提高系统内部通信性能，处理器可在任意时间发送数据，而不需等待总线后才发起传送，非常适合目前的具有多个处理器的航电系统[4]。

2 模块概述

模块采用1片MPC8548E作为主处理器，主频1.0GHz。存储资源包含DDR2 SDRAM、FLASH以及NVSRAM。模块上通过FPGA来实现处理器局部端总线的控制逻辑，同时通过FPGA实现模块的输入/输出和中断控制。处理器输出2路千兆以太网接口连接至底板连接器用于调试。配置串行总线接口，对外输出×4 PCI-E 和×4 RapidIO。×4 PCI-E 输入PCI-E交换芯片，通过该芯片转换出六路PCI-E信号，分别为四路×4 PCI-E和两路×2 PCI-E，引出至底板连接器。另外一路×4 RapidIO也直接引至底板连接器。模块上处理器对外输出2路RS232接口和2路RS422接口。具体如图1所示。

3 设计要点

3.1 基于VPX标准的设计

模块的尺寸结构按照3U 的VPX标准进行设计（100mm×160mm），采用VPX标准底板连接器。底板信号主要分为三部分：P0、P1、P2。P0主要定义电源和离散量信号，电源可选择三种输入电压，本模块按照5V电压设计。其他离散量均按照规范去设计，主要包括系统复位、GA离散量、NvSram只读使能、参考时钟等信号。P1可定义32对差分信号，本模块定义4对×4 PCIE收发信号。P1中定义电池电压信号，为模块RTC日历时钟等供电。同时P1还可根据用户自定义4个信号。P2既可定义32对差分信号，也可定义80个单端信号。本模块选择定义32对查分信号，定义了2对×4 PCIE、1对×4 RapidIO、2对千兆以太网。

3.2 PCI-E 交换芯片

采用PLX公司的PEX8648作为PCI-E的交换芯片，该芯片可支持到PCIE 2.0规范，最多支持12端口、48通道，可选择配置每个端口的通路数为x4，x8或x16，也支持x1和x2的通路数，合计480GT/s的带宽。芯片支持Non-Transparent Bridging（非透明桥）传输，设计中通过交换芯片输出4路×4 PCI-E接口及2路×1 PCI-E接口。

3.3 时钟电路

模块上时钟电路设计中，通过66MHz单端时钟提供MPC8548E处理器需要的工作时钟，通过100MHz差分时钟提供处理器PCI-E/SRIO接口的工作时钟。模块上为所有的PCI-E设备提供100MHz的同源差分工作时钟。以太网PHY接口芯片和以太网交换芯片需要125MHz的工作时钟。以上所需的时

钟电路通过高性能时钟晶振产生源时钟，并通过时钟倍频器和时钟驱动器等来获得模块上各芯片工作所需的时钟。模块上MPC8548E工作所需的外部参考时钟信号SYSCLK，由66MHz晶振通过时钟驱动器CY2305产生，供处理器内部处理器资源使用。

模块上的时钟电路示意图如图2所示。

3.4 复位监控电路

模块设计1个复位电路，保证模块器件同时复位或工作。模块上采用MAX706提供检测电源电压，当+3.3V低于2.9V时，产生上电复位有效信号。在FPAG中组合JTAG接口复位信号，产生处理器复位信号和板级复位信号。模块复位电路如图3所示。

4 结论

本文提出一种基于VPX的3U通用处理模块，模块集成MPC8548E处理器，对外提供6路PCIE、1路RapidIO、2路千兆以太网等高速信号，模块能满足一般机载航电系统中对接口控制和数据处理的需求。该模块已应用在多个项目中，大大提高项目研制进度，同时节约了项目研制成本。

参考文献：

[1] Mercury Computer Systems，Inc . Technology Overview：VITA46（VPX）. http：//

[2] 包利民，潘奇. VPX 总线技术及其实现[J]. 电子机械工程，2012，28（2）： 57-60.

[3] 王丽，付月生，陈思思.基于VPX总线的系统主控模块的设计与实现[J].电子设计工程，2004（8）.

[4] 吉玉洁，张小林.VPX总线标准研究及其在无人机中的应用展望[J].计算机测量与控制，2012（8）.

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