一種支持PCIe和PCI主機(jī)接口的模塊測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

孟 博,徐玉杰,馮思桐

(中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所,陜西 西安 710068)

0 引言

當(dāng)前機(jī)載航電設(shè)備普遍采用將主處理器模塊和接口模塊分離進(jìn)行設(shè)計(jì),主處理器作為基板,對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行管理控制和相關(guān)功能實(shí)現(xiàn),接口模塊作為背板子卡,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)FC接口、PCIe接口和PCI接口等[1]。目前基于標(biāo)準(zhǔn)PCIe接口和PCI接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊在主要機(jī)載型號(hào)中廣泛應(yīng)用,已進(jìn)入大批生產(chǎn)交付階段。本文設(shè)計(jì)了一種支持PCIe和PCI主機(jī)接口的模塊測(cè)試平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的標(biāo)準(zhǔn)PCIe和PCI主機(jī)接口模塊進(jìn)行軟件邏輯升級(jí)測(cè)試和維護(hù)保障工作。

1 需求分析

外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)(Peripheral Component Interconnect, PCI)總線是一種并行總線結(jié)構(gòu),工作頻率33 MHz,位寬32 bit時(shí)最大數(shù)據(jù)傳輸速率為133 MB/s,位寬64 bit時(shí)最大數(shù)據(jù)傳輸速率為266 MB/s,由PCI設(shè)備、PCI總線和PCI橋組成,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,開發(fā)成本低廉。隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提高,并行總線結(jié)構(gòu)干擾問題異常嚴(yán)重,此時(shí)PCIe(PCI-Express)總線應(yīng)運(yùn)而生,它是在PCI總線的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速串行總線標(biāo)準(zhǔn),信號(hào)傳輸采用差分信號(hào),極大地克服了并行信號(hào)干擾和較遠(yuǎn)距離傳輸問題,并且串行總線可以采用全雙工通信,傳輸速率顯著提升,PCIe 2.0協(xié)議X16接口總線帶寬高達(dá)8 GB/s。

基于PCIe/PCI接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊支持FCPI,FC-FS,FC-AE-ASM等FC總線協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)采用點(diǎn)到點(diǎn)或交換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),支持雙冗余FC通信架構(gòu),全雙工通信,可實(shí)現(xiàn)1.062 5 Gbps或2.125 Gbps傳輸速率的切換[2-3]。鑒于PCIe/PCI的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊的性能特點(diǎn)和外場(chǎng)保障環(huán)境的復(fù)雜性,本文設(shè)計(jì)的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊測(cè)試平臺(tái)具備以下功能:主機(jī)接口適配PCIe和PCI接口類型FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊測(cè)試；測(cè)試平臺(tái)對(duì)外提供FC光接口,實(shí)現(xiàn)FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊光電接口轉(zhuǎn)換；具備使用CPU主處理器對(duì)PCIe和PCI接口的訪問,同時(shí)針對(duì)FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊進(jìn)行外環(huán)通信等主要性能測(cè)試；可使用專用工具對(duì)FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊進(jìn)行離線邏輯和相關(guān)軟件升級(jí)；220V AC市電轉(zhuǎn)5V DC供電,提供電源開關(guān),提供5V電流指示,FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊測(cè)試平臺(tái)如圖1所示。

圖1 測(cè)試平臺(tái)

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 PCIe對(duì)外接口設(shè)計(jì)

PCIe接口是主機(jī)CPU和FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的接口,主機(jī)對(duì)FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊所有資源的訪問都是通過PCIe接口實(shí)現(xiàn)的。具有PCIe主機(jī)接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊可對(duì)外提供2路4線標(biāo)準(zhǔn)PCIe接口,端口單線速率2.5 Gbps,其兼容PCI Express 1.1基本協(xié)議,支持端點(diǎn)模式操作,支持傳統(tǒng)和MSI中斷。具有PCIe接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊通過適配轉(zhuǎn)接板安裝在測(cè)試平臺(tái)的PCIe接口上,并通過測(cè)試平臺(tái)母板將高速信息線引至測(cè)試平臺(tái)PCIe接口。FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊輸出PCIe信號(hào)電平為CML差分信號(hào),測(cè)試平臺(tái)母版需要使用電容在發(fā)送端AC耦合,為了保證高速信號(hào)的完整性,要嚴(yán)格按照高速信號(hào)走線要求進(jìn)行PCB布線。

2.2 PCI對(duì)外接口設(shè)計(jì)

PCI接口與PCIe接口相同,作為一種標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)接口,用于主機(jī)處理器和FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸和訪問控制。具有PCI主機(jī)接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊采用標(biāo)準(zhǔn)PCI總線結(jié)構(gòu),兼容PCI 2.2規(guī)范,支持66 MHz/64 bit,66 MHz/32 bit,33 MHz/64 bit和33 MHz/32 bit4種總線規(guī)格,采用INTA作為標(biāo)準(zhǔn)中斷引腳,支持多設(shè)備共享中斷,集成高速DMA引擎,可實(shí)現(xiàn)PCI接口數(shù)據(jù)的高速存取。

具有PCI接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊通過適配轉(zhuǎn)接板安裝在測(cè)試平臺(tái)的PCI接口上,為了支持PCIe接口CPU對(duì)該測(cè)試平臺(tái)PCI接口的兼容測(cè)試,測(cè)試平臺(tái)母版上集成設(shè)計(jì)了PCIe-PCI SWITCH轉(zhuǎn)換芯片,實(shí)現(xiàn)將FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊PCI接口與CPU處理器PCIe接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2.3 FC對(duì)外接口設(shè)計(jì)

FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊對(duì)外提供兩路獨(dú)立的FC接口,負(fù)責(zé)將航電網(wǎng)絡(luò)中不同分系統(tǒng)互聯(lián),為各傳感器、主機(jī)處理器與FC網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)和控制接口,其支持FCAE-ASM協(xié)議,支持軟件可配置的1.062 5 Gbps,2.125 Gbps線速率,支持點(diǎn)到點(diǎn)、交換式互連。FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊的FC接口為電信號(hào),為了實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)對(duì)FC接口模塊進(jìn)行外環(huán)通信測(cè)試,檢驗(yàn)FC光路的性能指標(biāo),測(cè)試平臺(tái)母板將FC電信號(hào)通過板間連接器引出,設(shè)置光電收發(fā)器芯片,將FC電信號(hào)與FC光信號(hào)相互轉(zhuǎn)換,完成相關(guān)功能測(cè)試。測(cè)試平臺(tái)母版需要使用電容在FC信號(hào)接收端AC耦合,為了保證高速信號(hào)的完整性,要嚴(yán)格按照高速信號(hào)走線要求進(jìn)行PCB布線。

3 測(cè)試驗(yàn)證

FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試驗(yàn)證,需提供PCIe接口CPU主處理器模塊運(yùn)行測(cè)試程序,并通過PCIe接口實(shí)現(xiàn)對(duì)FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊進(jìn)行管理控制和數(shù)據(jù)收發(fā)。CPU主處理器模塊具備1個(gè)以太網(wǎng)及1個(gè)串口調(diào)試接口,使用1Gb以上的DDR2 SDRAM存儲(chǔ)器,具備200 MB以上的內(nèi)存空間用于FC接口模塊運(yùn)行測(cè)試程序,對(duì)外提供4路標(biāo)準(zhǔn)4Lane PCIe接口,測(cè)試平臺(tái)驗(yàn)證連接如圖2所示。

圖2 測(cè)試平臺(tái)驗(yàn)證連接

對(duì)支持PCIe/PCI主機(jī)接口的模塊測(cè)試平臺(tái)功能進(jìn)行全面測(cè)試,測(cè)試目的是檢查測(cè)試平臺(tái)的功能是否滿足外場(chǎng)FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊測(cè)試維護(hù)保障的要求。測(cè)試項(xiàng)目主要為FC外環(huán)通信測(cè)試、離線邏輯和相關(guān)軟件升級(jí)等。

FC外環(huán)通信測(cè)試主要測(cè)試FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊在查詢方式或中斷方式下FC幀數(shù)據(jù)的通信功能是否正常,將測(cè)試平臺(tái)FC光接口的接收端和發(fā)送端口使用光纖進(jìn)行自環(huán)繞連接,CPU主處理器將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū),通過查詢方式或中斷方式判斷接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù),將從接收緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)與預(yù)先發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,判斷鏈路狀態(tài),將結(jié)果通過CPU主處理器串口上報(bào)PC機(jī)打印輸出。

該測(cè)試平臺(tái)具備標(biāo)準(zhǔn)JTAG邏輯升級(jí)調(diào)試接口、以太網(wǎng)和測(cè)試串口等,將XILINX編程線纜連接至測(cè)試平臺(tái)JTAG口,測(cè)試平臺(tái)上電,啟動(dòng)PC機(jī)iMPACT軟件,可對(duì)FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊進(jìn)行離線邏輯升級(jí)。通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和測(cè)試串口,連接至PC機(jī)網(wǎng)口和串口,并使用專用升級(jí)軟件進(jìn)行離線相關(guān)軟件升級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

標(biāo)準(zhǔn)PCIe/PCI主機(jī)接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊在主流機(jī)載型號(hào)中廣泛應(yīng)用,已進(jìn)入大批生產(chǎn)交付階段。本文設(shè)計(jì)了一種支持PCIe和PCI主機(jī)接口模塊的測(cè)試平臺(tái),詳細(xì)介紹了測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。該測(cè)試平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)有不同類型標(biāo)準(zhǔn)PCIe/PCI主機(jī)接口的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊進(jìn)行軟件邏輯升級(jí)和測(cè)試維護(hù)保障等工作,為外場(chǎng)種類繁多的FC網(wǎng)絡(luò)接口模塊技術(shù)服務(wù)保障提供設(shè)備和技術(shù)支持。