嵌入式高速接口模块的设计

摘要

本文是依据航电系统中的实际应用需要，结合模块的设计生产过程，通过分析并研究嵌入式系统设计理论及高速串行电路的设计理论，最终实现了一种能够在嵌入式环境下工作的高性能、具有高速串行接口、采用统一互连网络的机载 FC接口模块。
本文首先对嵌入式系统的设计过程做了分析和研究，阐述了嵌入式系统的总体架构、设计特点以及相关硬件部分和软件部分的设计方法。其次根据本文中接口模块可以实现多种总线接口的特点，较为详细的分析了光纤通道（FC）接口的协议特性和相关设计方法。然后是本文的核心部分，即整个嵌入式硬件平台的设计方案，包括总体架构，关键器件选型，电路的原理图设计，电路 PCB 的信号完整性设计。电路原理图设计部分中详细阐述了 FPGA 配置电路，时钟电路，复位电路，FLASH 存储电路，电源系统电路，外围接口电路（包括 FC 接口电路及 JTAG接口电路）等的设计方法；电路 PCB 设计中则是分别对叠层，布局，布线的实际设计展开叙述，并针对高速差分信号，高速时钟信号的信号完整性问题进行了分析。最后对生产出来硬件模块进行硬件测试，搭建嵌入式系统测试平台，将硬件流文件加载到 FPGA 内，然后模块固化引导加载程序、操作系统及应用程序，在Tornado 环境下对接口模块电路进行综合调试，确认无误后对模块进行接口的传输功能验证，速度达到了 2.125Gbps，传输误码率为 10-12 级要求。
测试结果说明本论文研究的嵌入式机载高速电路系统满足最初设计期望。