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CPCI外设板卡通用设计方法

发布时间:2021/11/26

      CPCI全称Compact PCI。PCI工业计算机制造商联盟)制定的一种新的开放工业计算机标准川,用于工业和嵌入式应用,简单的说就是PCI specificat.on(PCI电气规范)12J加上rugged Eurocard packaging(欧式卡)结构。CPCI继续采用PCI局部总线技术,但是摒弃了PC的金手指式互连方式,改用2mm密度的针孔连接器,具有气密、防腐的特性,增加了负载能力,改善了散热条件,提高了抗振动冲击能力。cPCI技术最突出的特点是热插拔,其含义在于系统正常工作的同时在CPCI总线上插入或拔出板卡,完成故障板卡更换与计算机系统的重新配置。
       CPCI板卡的尺寸分3U(100mm×160mm)和6U(160mm×233mm)两种,3U的系统只提供32位/64位的PCI系统总线,6U的系统除了提供32位/64位的PCI系统总线外,还有多达315线的用户定义输入/输出线。CPCI板卡分为系统板和外设板,系统板即丰板设计难度比较大,用户一般不自行设计,多购买货价产品,外设板的功能相对比较单一,设计难度相对较低,用户可以自行设计符合自己需求的CPCI外设板。CPCI外设板的设计重点在于CPCI总线接口设计、热插拔设计和驱动程序设计这三个方面。

       CPCI外设板一般采用总线接口处理电路+本地功能电路的设计构架。CPCI接口实现通常有两种方法:一种是用可编程逻辑器件FPGA,另一种是用PCI专用接口芯片。二者各有优缺点:用可编程逻辑器件能够较灵活地实现所需要的功能,但为了达到PCI指标,需要做大量的逻辑验证和时序分析。采用PCI专用接口芯片,比较容易实现PCI接口,开发周期短。
       桥片专门处理总线接口,将PCI复杂的总线时序翻译成相对简单的本地总线时序,本地功能电路利用桥片的本地总线实现外设板与CPCI总线上其他板卡的通信。接插件儿、J2上的信号实现PCI总线,J3、J4、J5的信号完全向用户开放,可以自行定义,当设计32位总线板卡时,J2的信号也全向用户开放。
       CPCI总线接口电路分为主设备和从设备。主设备可阻控制总线,驱动地址、数据和控制信号:从设备不能启动总线操作,只能依赖于主控设备从其中读取数据或向其传送数据。

      目前PCI专用接口芯片牛产商有PLX公司、AMCC公司等。PLX公司从设备芯片有PCl9050、PCl9052,主设备芯片有PCl9054、PCl9056等。AMCC公司从设备甚片有AMCC5920,主设备芯片有AMCC5933。
      PCB设计细节:
(1)线长要求:由于信号用的是反射波信号,所以驱动的信号只用了要求电压的一半,另一半靠反射来提升,所以对信号线的长度有要求:CLK信号线的长度应该为2500mil±100mil。如果长度不够可以画蛇行线,并且要屏蔽。从接捅件Jl或J2到桥片相应管脚,总的信号线长度要小于63.5mm,如果考虑热插拔设计,总的信号线长度要小于38.1mm其中,从接插件插针到串联电阻的PCB连线长度小于15.2mm。
(2)匹配电阻要求:为了减小板卡上的CPCI总线的信号线分支对总线的影响,必须用串联电阻的方式匹配总线信号。PCB的布线特征阻抗为65Ω±10%。

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