[发明专利]高速多链路环网系统的硬件结构

说明书

技术领域

本发明涉及仪器系统内的数据传输，具体是应用于高速仪器的一种能可 靠、快速传输数据的高速多链路环网系统的硬件结构。

背景技术

仪器系统内部需要传输大量数据。现有仪器系统主要以并行总线实现系统 内的通讯和数据传输，但随着仪器系统内部所需传输数据量的不断增加，并行 总线数据传输结构正面临着挑战，成为制约数据传输速度、可靠性等系统性能 的主要瓶颈。如何可靠快速地传输数据，使系统稳定可靠地运行，成为仪器系 统内部的新问题。

发明内容

本发明为了解决仪器系统内现有并行总线数据传输结构因所需传输数据 量的不断增加，而导致系统性能(如速度、可靠性)受制约的问题，提供了应 用于高速仪器的一种高速多链路环网系统的硬件结构。

本发明是采用如下技术方案实现的：高速多链路环网系统的硬件结构，包 括采用接触型插槽结构的环网总线(即呈首尾相接的闭合环型总线)、以及插 于环网总线的总线插槽(即扩展槽)的上设有功能模块电路的功能模块插板(即 扩展卡)，还包括至少一路包含与总线插槽等数量的高速2×2模拟交叉开关的 通信链路、以及控制通信链路中各开关工作模式的控制模块，通信链路的开关 依次置于环网总线的相邻总线插槽之间，通信链路中开关的输入端IN0与前一 开关的输出端OUT0相连，输出端OUT0与后一开关的输入端IN0相连，开关 的输入端IN1与前一总线插槽的信号输出引脚相连，输出端OUT1与后一总线 插槽的信号输入引脚相连；所述控制模块包括输入端与各总线插槽控制信号输 出引脚相连的可编程门阵列FPGA、与可编程门阵列FPGA输出端连接的开关 管理电路，通信链路中各开关的片选端与开关管理电路的输出端连接；所述环 网总线包含与各总线插槽引脚相连的用以判断总线插槽内是否插有功能模块 插板的状态信号总线；功能模块插板上设有并行I/O端口与功能模块电路并行 I/O端口连接的低压差分信号收发器，低压差分信号收发器的串行I/O端口与 插板上同总线插槽信号输入/输出引脚对应的信号输入/输出“金手指”相连。

当环网系统仅设置一路通信链路时，环网系统的主控卡(对环网系统数据 通信起主控制功能的功能模块插板)首先通过状态信号总线对环网系统的其它 扩展槽(即总线插槽)上有无扩展卡进行自动识别，根据扩展槽上的状况(即 有无插设扩展卡)、以及主控卡与其它扩展卡之间一对一或一对多通信关系的 建立需要，通过FPGA控制开关管理电路，控制通信链路上高速2×2模拟交叉 开关使能端的电平，改变开关的工作模式(即改变开关的连通路径)，使主控 卡与插于扩展槽上的扩展卡之间形成闭合通信环路，主控卡通过该闭合通信环 路与在该闭合通信环路上的扩展卡进行一对一或一对多通信；当环网系统设置 有多路通信链路时，主控卡通过其中一通信链路(该通信链路以下称为主链路) 与各扩展卡进行通信，当部分扩展卡之间有独立于主控卡的通信需要时，请求 主控卡授予该部分扩展卡的发送、接受权限，主控卡在授予该部分扩展卡的发 送、接收权限后，通过FPGA控制开关管理电路，控制主链路外其它通信链路 (以下称为副链路)的高速2×2模拟交叉开关使能端的电平，改变副链路开关 的工作模式，使环网系统的副链路上形成独立于主链路上闭合通信环路的闭合 通信环路，确保当主控卡与部分扩展卡使用主链路进行通信时，其余部分扩展 卡之间也可使用副链路同时进行高速通信，通信完成后，主控卡收回授予该部 分扩展卡的发送、接收权限。其中，环网系统中可构建的闭合通信环路个数与 环网系统中设置的通信链路路数相等。所述实现上述功能的开关管理电路主要 由编码器和译码器组成，对于本技术领域的技术人员来说是常规性开关阵列控 制电路，且电路结构变形很多，因此未在说明书中进行描述。