一种基于VPX总线的控制交换模块制造技术

本发明专利技术公开了一种基于VPX总线的控制交换模块，通过将控制交换模块拆分为主控板和交换板，解决了控制交换模块接口过多和体积受限的矛盾；根据实际任务需求和资源使用情况，可以采用构型完全相同的多块控制交换模块同时工作，进行热备份实现双余度功能来保证整个系统的可靠性；本发明专利技术还采用板对板高速连接器完成主控板和交换板之间数据和命令的交互，有效提升控制交换模块的灵活性、通用性和可靠性。

A control switching module based on VPX bus

The invention discloses a switching control module based on VPX bus, the main control board and the switch board by the control switch module to solve the conflict resolution, control switch module interface and more limited volume; according to the actual demand and resource usage, can be used to control multi block configuration identical switching module to work at the same time heat backup function of dual redundancy to ensure the reliability of the whole system; the invention also uses the interaction between the board to board connector to complete the main control board and high-speed switching board data and commands, effectively improve the switching module flexibility, versatility and reliability control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于VPX总线的控制交换模块
本专利技术属于嵌入式信号处理
，更为具体地讲，涉及一种基于VPX总线的控制交换模块。
技术介绍
未来的信息化体系将会向着陆、海、空、天、电五维一体的立体支持下的空天地一体化协同的趋势发展。一体化信息处理平台是空天地一体化飞行器的通用机载航空电子系统，它的应用从传统的局部航空和航天区域扩展到由航空区域、临近空间、轨道空间构成的全球全空间范围，并且需要支持硬件和软件重构以实现侦察、干扰、探测、通信、攻击等多功能多任务。未来的信息化体系演变对一体化信息处理平台的性能提出了更高的要求：控制交换模块在保持其计算、数据交互等高性能的同时，还要利用冗余备份等方法保证其高可靠性。然而，传统的航空电子系统所使用的诸如ARINC429、1553B和VME等总线，通过点对点、共享总线、并行传输等技术实现数据通信，最大带宽分别为100kbps、1Mbps，320Mbps。显然，这些总线技术不能满足一体化信息处理平台系统规模日趋扩大以及传输信息种类逐渐增多后对数据传输高速、可靠、实时的性能要求。因此需要为该平台设计一种新的总线系统架构。本专利提出一种新的基于新一代高速串行VPX总线的控制交换模块，保证了控制交换模块的计算、数据交互的高性能。它在接口技术上采用多种高性能交换结构、新的总线技术以及新的系统构造机制，例如：GbE、SRIO、PCIE。该总线标准使用单端信号线和差分信号线两种电气规范实现物理层信号传输，解决了高速数据传输时的电磁干扰，偏移和抖动问题，符合LVDS(低电压差分信号)电平标准，插入损耗低，抗干扰能力强，在传输速率高达6.25Gbps时，串扰仍小于3％，可以承载PCIE、SRIO、千兆以太网GbE等高速串行传输协议。另一方面，本专利提出利用双冗余架构对主控交换板进行实时在线备份，从而保证了其高可靠性。改善了目前航天军工应用环境下，基于VPX总线的控制器的设计中，由于将主控板和交换板集成到一块板卡上，板卡接口资源紧张且在控制交换模块发生故障时整个系统将面临瘫痪所带来的问题。未来的信息化体系和嵌入式实时信号处理平台的发展方向表明：在信号处理平台克服严格的体积、重量和功耗限制的前提下，更要具备高性能、高灵活、高可靠性、可扩展的特征。因此，需设计一种新型的VPX总线控制交换结构，在保证新的交换结构满足VPX规范的同时，还应该具备高可靠性、大数据量、多速率的数据传输处理能力，确保数据通信的安全性、及时性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供提供一种基于VPX总线的控制交换模块，通过将控制交换模块拆分为主控板和交换板，解决了控制交换模块接口过多和体积受限的矛盾，端口突破了传统VPX标准的限制；采用板对板高速连接器完成主控板和交换板之间数据和命令的交互，有效提升控制交换模块的灵活性、通用性和可靠性；同时还实现了双冗余热备份机制。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种基于VPX总线的控制交换模块，其特征在于，包括主控板和交换板；所述的主控板以PowerPC为核心，包括PowerPC、PCIE交换单元、SRIO交换单元、PCIE-SATA协议转换单元、板对板高速连接器、存储器单元、以太网芯片单元、FPGA复位配置单元；PowerPC通过自身的PCIEx4接口与PCIE交换单元相连，经过PCIE交换单元拓展，实现6路PCIEx1信号通过VPX总线接口的数据平面分别与外部6个载荷模块的VPX总线接口的数据平面进行数据交互；实现1路PCIEx4信号通过VPX总线接口的数据平面与外部载荷模块相连；实现1路PCIEx2信号与PCIE-SATA协议转换单元相连，再通过PCIE-SATA协议转换单元拓展成2路SATA信号，并通过VPX总线接口的数据平面与外部存储板模块的VPX总线接口的数据平面相连；PowerPC通过自身的SRIOx4接口与SRIO交换单元相连，通过SRIO交换单元拓展，实现3路SRIOx4信号，将其中2路SRIOx4信号通过VPX总线接口的数据平面与外部冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的数据平面互连，实现主备控制交换板模块间的数据传递；将另外1路SRIOx4信号通过板对板高速连接器连接到本控制交换板模块的交换板上，以实现和外部各载荷模块的VPX总线接口的数据平面进行数据交互；PowerPC通过自身的1路SGMII接口与板对板高速连接器相连，通过板对板高速连接器间接与本控制交换板模块的交换板相连接，拓展6路GbE信号，与外部各载荷模块的VPX总线接口的控制平面相连；通过自身的RGMII接口与板对板高速连接器相连，通过板对板高速连接器与本控制交换板模块的交换板相连接，实现对交换板的以太网交换芯片的控制管理；将自身的另外1路SGMII接口直接通过VPX总线接口的控制平面与外部冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的控制平面相连接，实现主备控制交换板模块间命令传递；存储器单元采用SDRAM、NorFlash、NandFlash三种存储器类型，其中，SDRAM存储器采用DDR3规格设计，与中央处理器单元上的DDR3内存接口对接，主要用于存储执行程序和数据；NorFlash存储器主要用于存储操作系统和复位配置字RCW；NandFlash存储器采用控制机制FCM进行接口设计，主要用于存储文件系统；以太网芯片单元是由PowerPC通过自身的RGMII接口与以太网PHY芯片相连所构成，并通过以太网PHY芯片将PowerPC的1路RGMII接口信号转换成1000BASE-T以太网电气信号；FPGA复位配置单元通过FPGA实现整个控制交换板模块的复位；所述的交换板包括SRIO交换单元、GbE交换单元和板对板高速连接器；其中，板对板高速连接器同时与主控板和交换板相连，使主控板和交换板间通过板对板高速连接器实现数据交互；板对板高速连接器将主控板送来的1路SRIOx4信号输入到SRIO交换单元，SRIO交换单元将1路SRIOx4信号拓展成8路的SRIOx4信号，再将其中6路SRIOx4信号通过VPX总线接口的数据平面与外部各载荷模块相连，另外2路SRIOx4信号通过板对板高速连接器走主控板的VPX总线接口的数据平面与与冗余备份的控制交换板模块互连，实现主备控制交换板模块间的数据传递；板对板高速连接器将主控板送来的1路GbE信号输入到GbE交换单元，GbE交换单元将1路GbE信号拓展成7路的GbE信号，再将其中6路GbE信号通过VPX总线接口的控制平面与外部各载荷模块相连，另外1路GbE信号通过板对板高速连接器走主控板的VPX总线接口的控制平面与冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的控制平面互连，实现主备控制交换板模块间的命令传递。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术基于VPX总线的控制交换模块，通过将控制交换模块拆分为主控板和交换板，解决了控制交换模块接口过多和体积受限的矛盾；根据实际任务需求和资源使用情况，可以采用构型完全相同的多块控制交换模块同时工作，进行热备份实现双余度功能来保证整个系统的可靠性；本专利技术还采用板对板高速连接器完成主控板和交换板之间数据和命令的交互，有效提升控制交换模块的灵活性、通用性和可靠性。同时，本专利技术基于VPX总线的控制交换模块还具有以下有益效果：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VPX总线的控制交换模块，其特征在于，包括主控板和交换板；所述的主控板以PowerPC为核心，包括PowerPC、PCIE交换单元、SRIO交换单元、PCIE‑SATA协议转换单元、板对板高速连接器、存储器单元、以太网芯片单元、FPGA复位配置单元；PowerPC通过自身的PCIEx4接口与PCIE交换单元相连，经过PCIE交换单元拓展，实现6路PCIEx1信号通过VPX总线接口的数据平面分别与外部6个载荷模块的VPX总线接口的数据平面进行数据交互；实现1路PCIEx4信号通过VPX总线接口的数据平面与外部载荷模块相连；实现1路PCIEx2信号与PCIE‑SATA协议转换单元相连，再通过PCIE‑SATA协议转换单元拓展成2路SATA信号，并通过VPX总线接口的数据平面与外部存储板模块的VPX总线接口的数据平面相连；PowerPC通过自身的SRIOx4接口与SRIO交换单元相连，通过SRIO交换单元拓展，实现3路SRIOx4信号，将其中2路SRIOx信号通过VPX总线接口的数据平面与外部冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的数据平面互连，实现主备控制交换板模块间的数据传递；将另外1路SRIOx4信号通过板对板高速连接器连接到本控制交换板模块的交换板上，以实现和外部各载荷模块的VPX总线接口的数据平面进行数据交互；PowerPC通过自身的1路SGMII接口与板对板高速连接器相连，通过板对板高速连接器间接与本控制交换板模块的交换板相连接，拓展6路GbE信号，与外部各载荷模块的VPX总线接口的控制平面相连；通过自身的RGMII接口与板对板高速连接器相连，通过板对板高速连接器与本控制交换板模块的交换板相连接，实现对交换板的以太网交换芯片的控制管理；将自身的另外1路SGMII接口直接通过VPX总线接口的控制平面与外部冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的控制平面相连接，实现主备控制交换板模块间命令传递；存储器单元采用SDRAM、Nor Flash、Nand Flash三种存储器类型，其中，SDRAM存储器采用DDR3规格设计，与中央处理器单元上的DDR3内存接口对接，主要用于存储执行程序和数据；Nor Flash存储器主要用于存储操作系统和复位配置字RCW；Nand Flash存储器采用控制机制FCM进行接口设计，主要用于存储文件系统；以太网芯片单元是由PowerPC通过自身的RGMII接口与以太网PHY芯片相连所构成，并通过以太网PHY芯片将PowerPC的1路RGMII接口信号转换成1000BASE‑T以太网电气信号；FPGA复位配置单元通过FPGA实现整个控制交换板模块的复位；所述的交换板包括SRIO交换单元、GbE交换单元和板对板高速连接器；其中，板对板高速连接器同时与主控板和交换板相连，使主控板和交换板间通过板对板高速连接器实现数据交互；板对板高速连接器将主控板送来的1路SRIOx4信号输入到SRIO交换单元，SRIO交换单元将1路SRIOx4信号拓展成8路的SRIOx4信号，再将其中6路SRIOx4信号通过VPX总线接口的数据平面与外部各载荷模块相连，另外2路SRIOx4信号通过板对板高速连接器走主控板的VPX总线接口的数据平面与与冗余备份的控制交换板模块互连，实现主备控制交换板模块间的数据传递；板对板高速连接器将主控板送来的1路GbE信号输入输入到GbE交换单元，GbE交换单元将1路GbE信号拓展成7路的GbE信号，再将其中6路GbE信号通过VPX总线接口的控制平面与外部各载荷模块相连，另外1路GbE信号通过板对板高速连接器走主控板的VPX总线接口的控制平面与冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的控制平面互连，实现主备控制交换板模块间的命令传递。...

【技术特征摘要】
1.一种基于VPX总线的控制交换模块，其特征在于，包括主控板和交换板；所述的主控板以PowerPC为核心，包括PowerPC、PCIE交换单元、SRIO交换单元、PCIE-SATA协议转换单元、板对板高速连接器、存储器单元、以太网芯片单元、FPGA复位配置单元；PowerPC通过自身的PCIEx4接口与PCIE交换单元相连，经过PCIE交换单元拓展，实现6路PCIEx1信号通过VPX总线接口的数据平面分别与外部6个载荷模块的VPX总线接口的数据平面进行数据交互；实现1路PCIEx4信号通过VPX总线接口的数据平面与外部载荷模块相连；实现1路PCIEx2信号与PCIE-SATA协议转换单元相连，再通过PCIE-SATA协议转换单元拓展成2路SATA信号，并通过VPX总线接口的数据平面与外部存储板模块的VPX总线接口的数据平面相连；PowerPC通过自身的SRIOx4接口与SRIO交换单元相连，通过SRIO交换单元拓展，实现3路SRIOx4信号，将其中2路SRIOx信号通过VPX总线接口的数据平面与外部冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的数据平面互连，实现主备控制交换板模块间的数据传递；将另外1路SRIOx4信号通过板对板高速连接器连接到本控制交换板模块的交换板上，以实现和外部各载荷模块的VPX总线接口的数据平面进行数据交互；PowerPC通过自身的1路SGMII接口与板对板高速连接器相连，通过板对板高速连接器间接与本控制交换板模块的交换板相连接，拓展6路GbE信号，与外部各载荷模块的VPX总线接口的控制平面相连；通过自身的RGMII接口与板对板高速连接器相连，通过板对板高速连接器与本控制交换板模块的交换板相连接，实现对交换板的以太网交换芯片的控制管理；将自身的另外1路SGMII接口直接通过VPX总线接口的控制平面与外部冗余备份的控制交换板模块VPX总线接口的控制平面相连接，实现主备控制交换板模块间命令传递；存储器单元采用SDRAM、NorFlash、NandFlash三种存储器类型，其中，SDRAM存储器采用DDR3规格设计，与中央处理器单元上的DDR3内存接口对接，主要用于存储执行程序和数据；NorFlash存储器主要用于存储操作系统和...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎啸，王茜，韩尧，金燕华，张天虹，秦开宇，唐博，张连营，李曈，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51