專利名稱：一種基于嵌入式的自適應模塊電路及其自適應方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)，具體涉及一種基于嵌入式的自適應模塊電路及其自適應方法。
背景技術(shù)：
在系統(tǒng)集成項目中，為了適應各種不同的應用，需要實現(xiàn)很多種不同的接口，而且這些不同的接口有時需要靈活配置，即有的接口臨時需要增加，有的接口有時需要減少。如果采用一體化的嵌入式系統(tǒng)會造成調(diào)整時的極度不便。因此，希望發(fā)明一種將嵌入式CPU 和接口模塊分離的方式，并加入識別和自適應機制，達到自由靈活配置，即插即用的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種基于嵌入式的自適應模塊電路，將嵌入式CPU和接口功能模塊分離，且可以即插即用。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于嵌入式的自適應模塊電路，其特征在于該電路包括CPU卡和接口卡，CPU卡內(nèi)設有嵌入式處理器、內(nèi)存、存儲器、FPGA、網(wǎng)卡以及CPU卡接口電路，該CPU卡接口電路與嵌入式處理器、FPGA和網(wǎng)卡連接，接口卡內(nèi)設有功能模塊、ID配置模塊和接口卡接口電路，CPU卡和接口卡之間通過連接器連接。在系統(tǒng)背板上設有連接器，CPU卡通過CPU卡接口電路與連接器的一端連接，接口卡通過接口卡接口電路與連接器另一端連接。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于嵌入式的自適應模塊的自適應方法，該方法可以使得嵌入式CPU和接口功能模塊進行自適應，且可以即插即用。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于嵌入式的自適應模塊的自適應方法，其特征在于該方法包括以下步驟A、首先將各個接口卡對應的FPGA配置文件和應用程序按ID的順序放在CPU卡上的指定的存儲區(qū)域中；B、CPU卡上的FPGA檢測到任意ID 識別引腳的電平變化后，將嵌入式處理器的復位腳拉低進行復位，避免不匹配的程序?qū)е陆涌诳üぷ鳟惓＃籆、嵌入式處理器獲取當前ID號，并根據(jù)讀到ID號，從存儲器中讀取對應的FPGA配置文件，并將該文件配置到FPGA中；D、配置完成后，啟動Iinux內(nèi)核，內(nèi)核啟動后，自動執(zhí)行應用程序啟動腳本，啟動腳本再次讀取ID號，根據(jù)ID號從存儲器中選擇相應的應用程序執(zhí)行。本發(fā)明將嵌入式CPU和接口功能模塊分離，并加入識別和自適應機制，達到自由靈活配置，即插即用的效果。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以靈活配置接口功能模塊，因此使用方便、靈活性好。


圖I為本發(fā)明的硬件電路框圖。圖2為本發(fā)明的CPU卡接口電路。
圖3為本發(fā)明的接口卡接口電路。圖4為ID配置電路。圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步的描述。一種基于嵌入式的自適應模塊系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括CPU卡2和接口卡1， CPU卡2內(nèi)設有嵌入式處理器、內(nèi)存、存儲器、FPGA、網(wǎng)卡以及CPU卡接口電路，該CPU卡接口電路與嵌入式處理器、FPGA和網(wǎng)卡連接，接口卡I內(nèi)設有功能模塊、ID配置模塊和接口卡接口電路，CPU卡2和接口卡I之間通過連接器3連接。在系統(tǒng)背板4上設有連接器3，CPU 卡通過CPU卡接口電路與連接器的一端連接，接口卡通過接口卡接口電路與連接器另一端連接。連接器3兩側(cè)分設一根插槽，CPU卡2的一側(cè)設有邊接頭，邊接頭上設有與CPU卡接口電路相對應設置的多個導電觸點，接口卡I的一側(cè)也設有邊接頭，邊接頭上設有與接口卡接口電路相對應設置的多個導電觸點，連接器3兩側(cè)分設一根插槽，插槽內(nèi)設有導電插針，CPU卡的邊接頭和接口卡的邊接頭分別插入連接器兩側(cè)的插槽內(nèi)，其對應的導電觸點通過連接器內(nèi)的導電插針接觸，兩根插槽內(nèi)相對應的導電插針相互連接。CPU卡邊接頭與CPU 卡接口電路的對應設置以及接口卡邊接頭與接口卡接口電路的對應設置均屬于現(xiàn)有技術(shù)， 在此不再贅述。其中ID配置電路包括8個電阻，每個電阻的一端接地或高電平，每個電阻的另一端分別接接口卡接口電路8個ID識別引腳中的一個弓丨腳，與該接口卡接口電路的8個引腳相對應的CPU卡接口電路的8個引腳分別與CPU的CPU_GPI05 CPU_GPI012引腳連接。在本發(fā)明中，CPU卡中包含嵌入式處理器(如Marvell公司的PXA255處理器)、 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、內(nèi)存、存儲器、網(wǎng)卡等核心器件，CPU卡通過CPU卡接口電路與設在系統(tǒng)背板上的連接器連接，而接口卡則包括多種類型接口卡，各接口卡中的功能模塊則根據(jù)實際需要有各種類型，有實現(xiàn)串口功能的，有實現(xiàn)音頻輸入輸出的，有實現(xiàn)視頻輸入輸出的，這些功能模塊可以自行設計也可采用現(xiàn)有模塊，這些功能模塊的設計不屬于本發(fā)明要求保護的范圍，因此在此不再贅述。不同接口卡的數(shù)字時序或接口協(xié)議通過CPU卡上的FPGA編程實現(xiàn)，嵌入式處理器再通過高速總線與FPGA交互數(shù)據(jù)。如圖所示，該連接器3包括分設系統(tǒng)背板4兩側(cè)的第一插槽和第二插槽，導電插針的一端位于第一插槽內(nèi)，導電插針的另一端位于第二插槽內(nèi)，CPU卡2插在背板前部， 其邊接頭與第二插槽相配合連接，接口卡I插在背板后部，其邊接頭與第一插槽相配合連接，兩個邊接頭的對應導電觸點之間通過導電插針連接，前后兩塊卡組成一套完整的系統(tǒng)。 CPU卡和接口卡均可設計成模塊形式,模塊的尺寸為160mm*100mm。模塊的設計高度不超過20. 32mm。在本實施例中，CPU卡和接口卡的邊接頭采用標準2. Omm間距的har_bus HM Hard Metric高密度母連接器，與設置系統(tǒng)背板兩側(cè)的兩個相互連接的公連接器連接。連接器采用標準2. Omm間距的har-bus HM Hard Metric高密度母連接器,與設置系統(tǒng)背板兩側(cè)的兩個公連接器連接。連接器內(nèi)的導電插針包括地針、信號針、電源針，將地針、信號針、電源針分別采用不同長短的針形，地針最長，信號針其次，電源針最短。這樣保證了模塊的熱插拔功能，即插入模塊時先連接地后信號，最后上電，拔出模塊時，先退電源再下信號最后地斷開。為避免熱拔插時造成管腳損壞，所有的管腳上增加了 ESD保護電路，并且每個管腳都規(guī)定了信號的輸入和輸出方向，一共有三種輸入、輸出、輸入輸出。所有接口卡的設計都與此匹配，防止出現(xiàn)CPU卡的管腳和對應接口卡的管腳同時為輸出造成損壞的情況。為了實現(xiàn)模塊自適應功能，接口卡上預留了8個管腳作為模式ID，這些管腳使用電阻上拉至“I”或下拉至“0”，編碼出不同的ID號，這些信號通過系統(tǒng)背板連接到CPU卡上的嵌入式處理器的GPIO以及FPGA的上。在CPU啟動后，模塊識別電路將實時檢測是否有接口功能模塊插入以及查詢其ID 號，一旦發(fā)現(xiàn)ID號發(fā)生變化，為保證安全，CPU板會進行復位。復位后，嵌入式處理器再次讀取ID，根據(jù)ID號選擇對應的程序代碼執(zhí)行并實現(xiàn)對應的功能。本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程見圖6
為實現(xiàn)多接口卡的自適應，首先需要將各個接口卡對應的FPGA配置文件和應用程序按ID的順序放在CPU卡上的指定的存儲區(qū)域中。其中FPGA配置文件分別放在存儲器的指定地址，每個配置文件占用300Kbyte的存儲空間。應用程序由于是在操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)建立后使用，因此可以直接放在文件系統(tǒng)的指定目錄下，可以更有效的利用存儲空間。CPU卡上的FPGA檢測到任意ID識別引腳的電平變化后，將嵌入式處理器的復位腳拉低進行復位，復位的目的是避免不匹配的程序?qū)е陆涌诳üぷ鳟惓?。復位?嵌入式處理器會進入bootloader引導程序,bootloader中通過讀取嵌入式處理器的GPIO寄存器的值可以獲取當前ID號。由于系統(tǒng)中存在FPGA，需要嵌入式處理器通過bootloader程序預先對FPGA進行配置。配置方法如下FPGA 需要通過 CFG_D0NE、CFG_nSTAT、CFG_CLK、CFG_DIN 以及 CFG_ nCONFIG四個管腳進行配置，具體配置方法可參考FPGA芯片手冊?？梢砸勒赵撌謨裕ㄟ^配置嵌入式處理器的GPIO寄存器，將FPGA配置文件配置到FPGA中。Bootloader會根據(jù)讀到ID號，從存儲器中讀取對應的FPGA配置文件，并將該文件配置到FPGA中。配置完成后,bootloader啟動Iinux內(nèi)核。內(nèi)核啟動后，自動執(zhí)行應用程序啟動腳本，啟動腳本再次讀取ID號，根據(jù)ID號從存儲器中選擇相應的應用程序執(zhí)行。CPU卡和FPGA連接的作用是通過CPU初始化FPGA，是現(xiàn)有技術(shù)。CPU卡的EXIN， EXOUT是與FPGA連接的，CPU卡的ΜΧΡ0、MXNO與接口卡的MXl是——對應的，是千兆網(wǎng)絡 RJ-45接口的定義，即LAN接口。網(wǎng)絡接口的功能實現(xiàn)在CPU卡上，接口卡上只是提供了一個網(wǎng)絡接口插座LAN而已。下面對CPU卡接口電路和接口卡接口電路的引腳進行定義
V330為3. 3V供電
V500為5V供電 GND為接地
EXT_IN 與 FPGA 的 1/0 連接 EXT_0UT 與 FPGA 的 1/0 連接 M0DE_SEL為ID號管腳 Gl系列管腳為千兆網(wǎng)接口(RJ-45定義)Gl-MXPO(RJ-45 PIN8) Gl-MXNO(RJ-45 PIN7) Gl-MXPl(RJ-45 PIN5) Gl-MXNl(RJ-45 PIN4) G1-MXP2(RJ-45 PIN6) G1-MXN2(RJ-45 PIN3) G1-MXP3(RJ-45 PIN2) G1-MXN3(RJ-45 PIN1) Gl-LED-TX (傳輸指示燈) Gl-LinklOOO (千兆指示燈)
權(quán)利要求
1.一種基于嵌入式的自適應模塊電路，其特征在于該電路包括CPU卡和接口卡，CPU卡內(nèi)設有嵌入式處理器、內(nèi)存、存儲器、FPGA、網(wǎng)卡以及CPU卡接口電路，該CPU卡接口電路與嵌入式處理器、FPGA和網(wǎng)卡連接，接口卡內(nèi)設有功能模塊、ID配置模塊和接口卡接口電路， CPU卡和接口卡之間通過連接器連接。
2.如權(quán)利要求I所述的自適應模塊電路，其特征在于在系統(tǒng)背板上設有連接器，CPU 卡通過CPU卡接口電路與連接器的一端連接，接口卡通過接口卡接口電路與連接器另一端連接。
3.如權(quán)利要求2中所述的自適應模塊電路，其特征在于ID配置電路包括8個電阻，每個電阻的一端接地或高電平，每個電阻的另一端分別接接口卡接口電路8個ID識別引腳中的一個引腳，與該接口卡接口電路的8個引腳相對應的CPU卡接口電路的8個引腳分別與 CPU 的 CPU_GPI05 CPU_GPI012 引腳連接。
4.如權(quán)利要求f3中任一項所述的自適應模塊電路，其特征在于連接器3兩側(cè)分設一根插槽，CPU卡2的一側(cè)設有邊接頭，邊接頭上設有與CPU卡接口電路相對應設置的多個導電觸點，接口卡I的一側(cè)也設有邊接頭，邊接頭上設有與接口卡接口電路相對應設置的多個導電觸點，連接器3兩側(cè)分設一根插槽，插槽內(nèi)設有導電插針，CPU卡的邊接頭和接口卡的邊接頭分別插入連接器兩側(cè)的插槽內(nèi)，其對應的導電觸點通過連接器內(nèi)的導電插針接觸,兩根插槽內(nèi)相對應的導電插針相互連接。
5.一種基于嵌入式的自適應模塊的自適應方法，其特征在于該方法包括以下步驟:A、 首先將各個接口卡對應的FPGA配置文件和應用程序按ID的順序放在CPU卡上的指定的存儲區(qū)域中；B、CPU卡上的FPGA檢測到任意ID識別引腳的電平變化后，將嵌入式處理器的復位腳拉低進行復位，避免不匹配的程序?qū)е陆涌诳üぷ鳟惓＃籆、嵌入式處理器獲取當前ID 號，并根據(jù)讀到ID號，從存儲器中讀取對應的FPGA配置文件，并將該文件配置到FPGA中； D、配置完成后，啟動Iinux內(nèi)核，內(nèi)核啟動后，自動執(zhí)行應用程序啟動腳本,啟動腳本再次讀取ID號，根據(jù)ID號從存儲器中選擇相應的應用程序執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于嵌入式的自適應模塊電路，其特征在于該電路包括CPU卡和接口卡，CPU卡內(nèi)設有嵌入式處理器、內(nèi)存、存儲器、FPGA、網(wǎng)卡以及CPU卡接口電路，該CPU卡接口電路與嵌入式處理器、FPGA和網(wǎng)卡連接，接口卡內(nèi)設有功能模塊、ID配置模塊和接口卡接口電路，CPU卡和接口卡之間通過連接器連接。本發(fā)明將嵌入式CPU和接口功能模塊分離，并加入識別和自適應機制，達到自由靈活配置，即插即用的效果。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以靈活配置接口功能模塊，因此使用方便、靈活性好。
文檔編號G06F9/445GK102609035SQ20111002509
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者呂家瑜, 惠新標, 曾權(quán)民, 章程, 陳立德 申請人:上海風格信息技術(shù)有限公司, 上海風格軟件有限公司