基于PCI-E的嵌入式B码时统终端研究与设计

摘要

时统终端是一套专门给测控站的测试系统提供基准时间信息和频率信息的电子装置，被广泛的运用在通信、测量等领域。本文依据对IRIG-B码时间同步、PCI Express总线数据传递等技术的研究，设计并开发了一款基于PCI Express总线技术的B码时统终端系统，该系统既可以提供高精度的时间同步信号又可以与上位机之间进行时间数据的交互，可被运用在测控系统诸如计算机等设备中。
　　本文通过对时间统一技术、PCI Express总线技术、卫星导航技术的简要阐述，结合系统的性能要求提出了总体的设计方案，在硬件电路设计中除了借助先进的芯片解决北斗/GPS双模信号接收、IRIG-B码输入信号处理及IRIG-B码输出信号驱动等问题外，还利用CH367来简化对PCI Express总线的桥接，以此来解决总线数据传递的繁琐性。针对时统终端设备的功能单一性、时间码精度的准确性与稳定性、应用层软件设计等问题，系统进行了北斗/GPS双模切换逻辑设计和IRIG-B码的编解码逻辑设计，前者可以根据用户的自身需求通过上位机发送切换命令来进行卫星模式的设定，从而提供用来生成高精度B码的时间信息，而后者则通过提出诸如“位标检测法”等新型的方法对B码进行解码操作。为了方便将解码时间或者卫星时间通过总线传输到上位机，则先利用FPGA的IP内核生成一个虚拟的RAM存储器对数据进行缓存处理，再结合CH367和VC++对软件的应用界面进行设计以满足时间信息的显示需求。
　　实验测试结果表明:系统可以顺利地进行卫星间的模式切换，所生成的B码不仅满足性能指标还具有很强的驱动能力，并且在进行PCI Express总线数据传输时，时间信息可以正确的在应用界面中显示出来，系统结构简单方便操作。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外的技术发展趋势

1．2．1 时间统一技术的发展

1．2．2 PCI Express总线接口技术的发展

1．3 论文的主要内容

1．4 论文的结构

2 系统总体方案及关键技术介绍

2．1 系统性能指标及主要功能

2．1．1 系统性能指标

2．1．2 系统主要功能

2．2 系统总体方案设计

2．3 系统关键技术简介

2．3．1 IRIG-B码的技术简介

2．3．2 北斗及GPS技术简介

2．3．3 PCI Express总线技术简介

2．4 系统相关芯片选择

2．4．1 系统中央处理器选择

2．4．2 北斗／GPS双模芯片选择

2．4．3 PCI Express总线驱动芯片选择

3 时统系统的总体硬件设计

3．1 北斗／GPS双模芯片接口设计

3．2 IRIG-B(DC)码的编解码硬件电路设计

3．2．1 IRIG-B(DC)码编码电路设计

3．2．2 IRIG-B(DC)码解码电路设计

3．3 IRIG-B(AC)码的编解码硬件电路设计

3．3．1 IRIG-B(AC)码编码电路设计

3．3．2 IRIG-B(AC)码解码电路设计

3．4 PCI Express总线驱动芯片硬件电路设计

3．4．1 CH367接口硬件原理图设计

3．4．2 硬件中断

3．4．3 外部存储空间

3．5 系统外围接口设计

3．5．1 RS232串口通信

3．5．2 FPGA程序下载及存储的硬件电路设计

3．5．3 电源部分硬件电路设计

4 时统系统的逻辑及软件程序设计

4．1 系统逻辑设计

4．1．1 北斗／GPS双模切换逻辑设计

4．1．2 IRIG-B码编码逻辑设计

4．1．3 IRIG-B码解码逻辑设计

4．2 PCI Express总线应用软件设计

4．2．1 双口RAM模块设计

4．2．2 应用软件设计

5 系统实验结果测试与分析

5．1 IRIG-B码编码结果分析

5．1．1 IRIG-B(DC)码编码结果分析

5．1．2 IRIG-B(AC)码编码结果分析

5．2 IRIG-B码解码结果分析

5．2．1 IRIG-B(DC)码解码结果分析

5．2．2 IRIG-B(AC)码解码结果分析

5．3 基于PCI Express总线的数据交互结果分析

6 总结与展望

参考文献

附录

致谢

作者简介