AB羅克韋爾PLC1771-OVN

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SPI4.2接口分為數(shù)據(jù)通道和狀態(tài)通道。數(shù)據(jù)通道多分成256個(gè)邏輯通道，16bit位寬，采用LVDS信號(hào)電平，按照cell格式傳送數(shù)據(jù)，cell的長(zhǎng)度為16字節(jié)的整數(shù)倍，可隨意配置，根據(jù)網(wǎng)上流量的分析，一般配置成128字節(jié)。每個(gè)cell都是以控制字開始的，控制字一共16bit，包含邏輯端口號(hào)、報(bào)文起始標(biāo)志位、報(bào)文結(jié)束標(biāo)志位、控制字交驗(yàn)等信息。狀態(tài)通道傳輸對(duì)端反饋的邏輯通道接收FIFO的狀態(tài)，2bit位寬，LVTTL或者LVDS信號(hào)電平，一般采用LVTTL信號(hào)電平。狀態(tài)通道的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為Calendar［0:n］，n大為256，長(zhǎng)度一般與邏輯通道數(shù)對(duì)應(yīng)，Calendar［n］表示邏輯通道n的接收FIFO狀態(tài)。數(shù)據(jù)通道根據(jù)狀態(tài)通道提供的信息控制數(shù)據(jù)的發(fā)送過程。

在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，商用芯片不一定能夠滿足需要，因此需要使用FPGA（FieldProgrammableGateArray）。本設(shè)計(jì)采用Altera的StraTIxII系列FPGA和RMI公司的多核處理器XLR732，Intel公司的網(wǎng)絡(luò)處理器2805實(shí)現(xiàn)SPI4.2接口。

2．2805簡(jiǎn)介2805是Intel推出的NP（NetworkProsser），能夠處理10Gbps線速轉(zhuǎn)發(fā)的以太網(wǎng)、POS、ATM等數(shù)據(jù)流量，能夠?qū)崿F(xiàn)分類、NAT、ACL、多播、流量管理等功能。2805內(nèi)部集成一個(gè)32-bit、RISC內(nèi)核、高性能的XScale處理器，用于系統(tǒng)的配置管理和路由表項(xiàng)的維護(hù)，工作主頻750MHz；16個(gè)可編程的、有8K代碼空間的微引擎，每個(gè)微引擎含有多個(gè)硬件線程，用來處理通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，工作主頻1.5GHz。外部集成了PCI接口，可以工作在64bit/66MHz模式；SPI4.2接口，工作頻率為311MHz～500MHz；3個(gè)LA-1接口，工作頻率為250MHz；4個(gè)RDRAM接口，工作頻率為800MHz～1200MHz。

接收通道邏輯框圖，上半部分是數(shù)據(jù)通道，下半部分是狀態(tài)通道。由于SPI4.2接口的數(shù)據(jù)傳輸是DDR模式的，rdclk經(jīng)過FPGA內(nèi)部的PLL模塊做倍頻處理，然后送給Rx_data_phy模塊，該模塊根據(jù)時(shí)鐘采樣rdat［15:0］上的數(shù)據(jù)。Rx_data_proc模塊將接收的數(shù)據(jù)按照cell頭中的邏輯端口號(hào)，分別放入不同的Rx_fifo中。一個(gè)Rx_fifo對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯通道，每個(gè)Rx_fifo都會(huì)生成一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，標(biāo)示其“空”狀態(tài)或者“滿”狀態(tài)，Rx_stat_calc模塊根據(jù)各個(gè)Rx_fifo的狀態(tài)信號(hào)生成Calendar信息，由狀態(tài)通路發(fā)送出去，用來流控2805的發(fā)送過程。

發(fā)送模塊與接收模塊不同，如圖3所示，發(fā)送模塊的Tx_fifo只有一個(gè)，即所有的邏輯通道公用一個(gè)發(fā)送緩存區(qū)。這主要是由于FPGA內(nèi)部的布線資源和RAM資源有限，同時(shí)這種發(fā)送端共享FIFO、接收端分通道FIFO模式不影響使用，能夠?qū)崿F(xiàn)分端口的反壓。

發(fā)送端通過Tx_stat_phy模塊接收Calender信息，經(jīng)過Tx_stat_proc模塊和Tx_stat_proc_sync模塊處理，送給Tx_sched調(diào)度模塊，Tx_sched解析出各個(gè)邏輯通道的反壓情況，然后將各個(gè)通道的數(shù)據(jù)發(fā)送到Tx_fifo中，然后經(jīng)過Tx_data_proc模塊和Tx_data_phy模塊發(fā)送出去。

5．結(jié)果本設(shè)計(jì)在Altera的StraTIxII系列FPGA，EPM2S90上得到驗(yàn)證，與Intel的2805配合共同完成某通信設(shè)備的高速轉(zhuǎn)發(fā)單板的設(shè)計(jì)。

6．結(jié)束語

本文介紹了SPI4.2接口在可編程邏輯器件FPGA上的實(shí)現(xiàn)方法，并通過實(shí)際電路驗(yàn)證FPGA與IPX2805之間通過SPI4.2接口互通的功能。由于商業(yè)芯片的限制，有時(shí)只有FPGA才能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。相對(duì)于開發(fā)ASIC，使用FPGA使整個(gè)設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、靈活、成本低、方便調(diào)試和修改，大大縮短開發(fā)周期。

福建石屹科技有限公司是銷售工業(yè)自動(dòng)化與信息化產(chǎn)品的公司。電網(wǎng)、電氣產(chǎn)品、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人及運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的技術(shù)。以美國(guó)羅克韋爾AB、瑞士ABB，德國(guó)西門子，法國(guó)施耐德等品牌產(chǎn)品為主。

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