一种基于VPX平台的综合处理系统及软件设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于VPX平台的综合处理系统及软件设计方法，包括设有多个插槽的背板，所述系统为基于标准VPX总线的子母板架构，包括母板和子板，其中所述母板为交换接口板，所述子板为扩展接口板，母板和子板通过XMC连接器进行连接，母板和子板通过X4 SRIO总线通信；所述多个插槽可接插多个其它板卡，所述背板实现所述综合处理系统内的母板、子板与其它板卡的通信；所述母板、子板双核ARM Cortex

An integrated processing system and software design method based on VPX platform

The invention discloses a design of integrated processing system of VPX platform and software based on the method, including the backplane is provided with a plurality of slots, the system board for the cluster architecture based on VPX bus, including the motherboard and the board, wherein the motherboard is the exchange interface board, the board for the extended interface board, motherboard and fender through the connection of the XMC connector, the motherboard and the board through the X4 SRIO bus communication; the plurality of slots can be plugged in a plurality of other communication card, motherboard, board and other board of the back plate to realize the comprehensive treatment of the system; the motherboard, dual core ARM Cortex board

【技术实现步骤摘要】
一种基于VPX平台的综合处理系统及软件设计方法
本专利技术属于数字信号处理
，具体涉及一种基于VPX平台的综合处理系统及软件设计方法。
技术介绍
随着精确制导飞行器系统工作任务和工作环境需求的不断变化，对不同制导体制的综合处理系统的通用化、小型化、可扩展性的要求越来越迫切。传统的综合处理系统多采用DSP+FPGA的架构实现，FPGA主要完成接口和时序控制，DSP主要完成流程控制和复杂算法的实现。板卡主处理芯片的布局布线和数据交互过程相对比较复杂。DSP在进行多任务管理时，需要设置大量中断寄存器、任务调度不灵活、实时性差。综合处理系统往往针对某种特定制导体制的应用需求设计，系统架构的硬件成本相对较高，应用环境适应性和可扩展能力差。VPX是由VITA组织制定的用以满足恶劣环境下高可靠，高带宽要求的下一代高级计算平台标准，模块间定义了SRIO、PCIExpress、FobreChannel、InfiniBand、Hyper-transport、10Gb以太网等高速串行总线，传输速率高达30Gb双核ARMCortexTM-A9处理器PS，并且具有超强的数据处理能力，因此基于VPX架构的通用加固计算机很适用于新一代精确制导飞行器的数据处理系统。
技术实现思路
针对技术上面临的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种基于VPX平台的综合处理系统，包括设有多个插槽的背板，其特征在于，所述系统为基于标准VPX总线的子母板架构，包括母板和子板，其中所述母板为交换接口板，所述子板为扩展接口板，母板和子板通过XMC连接器进行连接，母板和子板通过X4SRIO总线通信；所述多个插槽可接插多个其它板卡，所述背板实现所述综合处理系统内的母板、子板与其它板卡的通信；所述交换接口板基于母板ZYNQ-7000处理器、母板SOC芯片和SRIO交换芯片及以太网交换芯片，主要用于实现整个系统的数据交换和综合控制，所述母板ZYNQ-7000处理器为FPGA+ARM架构，母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和母板可编程逻辑PL集成到一个单独芯片上，通过内部AXI总线实现母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和母板可编程逻辑PL的高速数据通信；所述母板SOC芯片为FPGA+ARM架构，主要接口包括母板SRIO、MLVDS、SGMII、JTAG、I2C、QSPI、PMBUS、CAN、母板RS422；所述扩展接口板是交换模块的扩展接口子板，所述扩展接口板基于子板ZYNQ-7000处理器和子板SOC芯片，主要用于实现对交换模块进行接口扩展，所述子板ZYNQ-7000处理器为FPGA+ARM架构，子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和子板可编程逻辑PL集成到一个单独芯片上，通过内部AXI总线实现子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和子板可编程逻辑PL的高速数据通信；所述子板SOC芯片为FPGA+ARM架构，主要接口包括子板SRIO、CameraLink、1553B和子板RS422；所述母板ZYNQ-7000处理器和子板ZYNQ-7000处理器内的母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和母板、子板可编程逻辑PL运行的软件根据接口类型和处理能力进行任务划分，可进行多任务调度与计算节点动态分配；所述母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS运行VxWorks实时操作系统。优选地，所述母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS以及母板、子板可编程逻辑PL运行的软件根据所述系统的接口类型和处理能力编写不同内容烧写到所述系统内实现所述系统按需重构。可选地，所述综合处理系统还通过所述多插槽背板连接通用信号处理板，通过所述CameraLink接口外接光学探测器，构建光学导引系统，用于光学制导的综合处理，实现完整的光学导引系统的流程控制和信号处理；所述通用信号处理板采用多片DSP6678多核处理器的处理架构。可选地，所述综合处理系统还通过所述多插槽背板连接多通道AD/DA板和通用信号处理板，并通过外接天线前端，构建雷达导引系统，实现完整的雷达导引系统的流程控制和信号处理；所述多通道AD/DA板集成多通道AD/DA和FPGA处理器。如前所述的一种基于VPX平台的综合处理系统的软件设计方法，其特征在于，所述综合处理系统软件根据所述综合处理系统的接口类型和处理能力进行任务划分并进行多任务调度与计算节点动态分配，进行复杂的流程控制，算法的可并行化运算的部分可结合母板、子板可编程逻辑PL的资源使用情况和母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS的处理能力将算法拆分成不同的子模块由两者协同运算，通过母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS与母板、子板可编程逻辑PL之间的高速接口中间结果的交互，满足所述综合处理系统的实时性并降低算法实现难度的需求，提升处理性能。具体地，所述综合处理系统软件包括实现与控制系统、天线前端、遥测系统、数据记录装置及VPX平台其它板卡间的通信，还包括实现命令解析与应答、总体流程控制的任务，相应地所述综合处理系统软件包括与控制系统通信模块、与天线前端通信模块、与遥测系统通信模块、与数据记录装置通信模块、与其它板卡通信模块：与控制系统通信模块，综合处理系统软件与控制系统通过通用串行总线进行通信；子板可编程逻辑PL主要实现总线接口控制任务及与片内子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS之间的数据交互；子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS主要实现数据格式转换及与片内子板可编程逻辑PL数据交互，将收到的有效数据封装成协议规定长度的SRIO消息发送给母板ZYNQ-7000处理器，将母板ZYNQ-7000处理器发送的SRIO消息中的数据包提取后经片内子板可编程逻辑PL控制接口芯片发送至控制系统；母板可编程逻辑PL主要实现SRIO总线接口控制任务及母板可编程逻辑PL和母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS之间的数据交互；母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS主要实现指令解析并根据指令解析结果，执行模板数据加载、实时参数解算和分发，通信流程控制，完成信息综合与指令应答工作流程；母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS同时完成与片内母板可编程逻辑PL之间的数据交互，将命令应答信息封装成协议规定长度的SRIO消息经片内母板可编程逻辑PL发送至子板ZYNQ-7000处理器；与天线前端通信模块，综合处理系统软件与天线前端采用通用串行总线通信，采用HDLC通信协议；母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS根据命令解析结果，根据总体流程控制和天线前端进行通信，将命令帧通过片内母板可编程逻辑PL发送至天线前端，将收到的天线前端返回的命令应答帧中提取有效信息，根据天线前端工作时序完成总体流程控制，流程执行完成后将信息综合后打包成总线消息返回控制系统；母板可编程逻辑PL实现与天线前端通信的HDLC协议，将母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS发送的命令帧按照HDLC协议发送给天线前端，将天线前端按照HDLC协议返回的命令应答帧通过内部接口发送给母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS进行数据帧有效性判断和信息提取；与遥测系统通信模块，综合处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VPX平台的综合处理系统，包括设有多个插槽的背板，其特征在于，所述系统为基于标准VPX总线的子母板架构，包括母板和子板，其中所述母板为交换接口板，所述子板为扩展接口板，母板和子板通过XMC连接器进行连接，母板和子板通过X4SRIO总线通信；所述多个插槽可接插多个其它板卡，所述背板实现所述综合处理系统内的母板、子板与其它板卡的通信；所述交换接口板基于母板ZYNQ‑7000处理器、母板SOC芯片和SRIO交换芯片及以太网交换芯片，主要用于实现整个系统的数据交换和综合控制，所述母板ZYNQ‑7000处理器为FPGA+ARM架构，母板双核ARM Cortex

【技术特征摘要】
1.一种基于VPX平台的综合处理系统，包括设有多个插槽的背板，其特征在于，所述系统为基于标准VPX总线的子母板架构，包括母板和子板，其中所述母板为交换接口板，所述子板为扩展接口板，母板和子板通过XMC连接器进行连接，母板和子板通过X4SRIO总线通信；所述多个插槽可接插多个其它板卡，所述背板实现所述综合处理系统内的母板、子板与其它板卡的通信；所述交换接口板基于母板ZYNQ-7000处理器、母板SOC芯片和SRIO交换芯片及以太网交换芯片，主要用于实现整个系统的数据交换和综合控制，所述母板ZYNQ-7000处理器为FPGA+ARM架构，母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和母板可编程逻辑PL集成到一个单独芯片上，通过内部AXI总线实现母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和母板可编程逻辑PL的高速数据通信；所述母板SOC芯片为FPGA+ARM架构，主要接口包括母板SRIO、MLVDS、SGMII、JTAG、I2C、QSPI、PMBUS、CAN、母板RS422；所述扩展接口板是交换模块的扩展接口子板，所述扩展接口板基于子板ZYNQ-7000处理器和子板SOC芯片，主要用于实现对交换模块进行接口扩展，所述子板ZYNQ-7000处理器为FPGA+ARM架构，子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和子板可编程逻辑PL集成到一个单独芯片上，通过内部AXI总线实现子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和子板可编程逻辑PL的高速数据通信；所述子板SOC芯片为FPGA+ARM架构，主要接口包括子板SRIO、CameraLink、1553B和子板RS422；所述母板ZYNQ-7000处理器和子板ZYNQ-7000处理器内的母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS和母板、子板可编程逻辑PL运行的软件根据接口类型和处理能力进行任务划分，可进行多任务调度与计算节点动态分配；所述母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS运行VxWorks实时操作系统。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS以及母板、子板可编程逻辑PL运行的软件根据所述系统的接口类型和处理能力编写不同内容烧写到所述系统内实现所述系统按需重构。3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述综合处理系统还通过所述多插槽背板连接通用信号处理板，通过所述CameraLink接口外接光学探测器，构建光学导引系统，用于光学制导的综合处理，实现完整的光学导引系统的流程控制和信号处理；所述通用信号处理板采用多片DSP6678多核处理器的处理架构。4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述综合处理系统还通过所述多插槽背板连接多通道AD/DA板和通用信号处理板，并通过外接天线前端，构建雷达导引系统，实现完整的雷达导引系统的流程控制和信号处理；所述多通道AD/DA板集成多通道AD/DA和FPGA处理器。5.如权利要求1所述的一种基于VPX平台的综合处理系统的软件设计方法，其特征在于，所述综合处理软件根据所述综合处理系统的接口类型和处理能力进行任务划分，并进行多任务调度与计算节点动态分配，进行复杂的流程控制，算法的可并行化运算的部分可结合母板、子板可编程逻辑PL的资源使用情况和母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS的处理能力将算法拆分成不同的子模块由两者协同运算，通过母板、子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS与母板、子板可编程逻辑PL之间的高速接口中间结果的交互，满足所述综合处理系统的实时性并降低算法实现难度的需求，提升处理性能。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述综合处理软件包括实现与控制系统、天线前端、遥测系统、数据记录装置及VPX平台其它板卡间的通信，还包括实现命令解析与应答、总体流程控制的任务，相应地所述综合处理软件包括与控制系统通信模块、与天线前端通信模块、与遥测系统通信模块、与数据记录装置通信模块、与其它板卡通信模块：与控制系统通信模块，综合处理软件与控制系统通过通用串行总线进行通信；子板可编程逻辑PL主要实现总线接口控制任务及与片内子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS之间的数据交互；子板双核ARMCortexTM-A9处理器PS主要实现数据格式转换及与片内子板可编程逻辑PL数据交互，将收到的有效数据封装成协议规定长度的SRIO消息发送给母板ZYNQ-7000处理器，将母板ZYNQ-7000处理器发送的SRIO消息中的数据包提取后经片内子板可编程逻辑PL控制接口芯片发送至控制系统；母板可编程逻辑PL主要实现SRIO总线接口控制任务及母板可编程逻辑PL和母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS之间的数据交互；母板双核ARMCortexTM-A9处理器PS主要实现指...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳永亮，侍伟伟，胡哲，周世平，余翔，黄龙，
申请(专利权)人：湖北航天技术研究院总体设计所，
类型：发明
国别省市：湖北,42