模块化和柔性化的机载数据系统设计范文

本站小编为你精心准备了模块化和柔性化的机载数据系统设计参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

《工程设计学报》2014年第四期

1模块化系统组成

1.1接口模块

1.1.1串行LVDS接口串行LVDS接口模块采用美国TI公司的10位LVDS解串器SN65LV1224B作为接收芯片，串行LVDS数据经过解串器后输出10位并行数据．系统上电时，将解串器与发送芯片建立同步，保证数据传输的可靠性．隔离芯片选择ADI公司iCoupler?技术的微功耗四通道数字隔离器AD－UM3440，无需外部驱动器和其他分立器件，提供低脉宽失真和严格的通道与通道之间的匹配．串行LVDS接口模块框图如图2所示。

1.1.2并行LVDS接口并行LVDS接口接收16位并行LVDS信号、1位时钟信号CLK和1位写使能控制信号，接收芯片采用NationalSemiconductor公司生产的DS90LV048A，支持四通道信号传输，具有高速的传输率和超低的功耗，选择4片DS90LV048A作为并行数据传输，1片DS90LV048A作为接收控制信号．隔离芯片选择ADUM3440，满足传输速率要求．当接收芯片检测到写使能的高电平信号时启动数据传输，接收有效数据．并行LVDS接口模块框图如图3所示。

1.1.3RS422与模拟量接口RS422接口采用AM26LS32作为差分线路接收器，实现RS422数据传输；模拟量接口进行模拟量采样时首先经信号调理电路对信号进行处理，然后送入模拟开关，再经过A／D转化和数字隔离实现模拟量采集．RS422与模拟量接口模块框图如图4所示．

1.2存储模块

根据存储容量和存储速度要求，存储模块分为小容量存储和大容量存储两部分，小容量存储模块采用流水线操作即可满足要求，大容量存储模块采取流水线操作和并行扩展技术分别从横向和纵向实现存储要求［10］．NANDFlash选用SAMSUNG公司的K9WBG08U1M，单片存储容量为4GB，1页容量为4KB，内部由2片2GB的Flash芯片叠装组成，通过片选信号CE1和CE2分别选通，读、写操作以页为单位．写操作包括加载和编程两步，单片K9WBG08U1M写满1页所需加载时间为102．5μs，最大编程时间为700μs．

1.2.1小容量存储模块小容量存储单元采用2片K9WBG08U1M搭建流水线，减少对编程时间的等待．一组流水线进行4次加载操作，后面3片的加载时间为307．5μs，小于最大编程时间700μs，因此所需的总时间为102．5＋700＝802．5μs．一组8GB流水线的存储速率为16kB÷802．5μs＝163MB／s，满足存储速度和容量要求．小容量存储模块框图如图5所示。

1.2.2大容量存储模块大容量存储单元采用16片K9WBG08U1M搭建4×4存储阵列，存储容量达到4×4×4＝64GB．采用流水线技术，最大限度提高Flash芯片的存储速度，每组16GB存储单元的最快存储速率为40MB／s，4组Flash并行操作速率理论上可达到160MB／s，满足指标要求．在FPGA内部建立FIFO模块实现数据缓存与位数转换．横向进行位扩展的4片Flash拥有相同的片选信号和不同的数据通道，扩展为32位数据线；纵向进行流水线操作的4片Flash拥有不同的片选信号和相同的数据通道．大容量存储模块框图如图6所示。

2系统测试与分析

2.1模块化测试与分析系统工作时，首先确认上位机与下位机接口连接无误，然后上位机发送启动命令，进行初始化操作．初始化结束后基板发送信号进行检测，工作时基板作为中央逻辑控制单元控制各个模块，记录系统采用模块化设计，接口模块由存储板上的FPGA控制启动接收数据，并进行存储，事后回读分析．RS422和模拟量的回读数据分别如图7和图8所示．模块化的管理方法，能够满足记录系统的存储要求，实现各通道的实时存储．

2.2柔性化测试与分析系统设计接口扩展插槽和存储扩展插槽，可根据需求插入接口板，将扩展的接口模块经内部转换设计为与已知接口模块具有相同控制信号的模块，插入对应存储板实现扩展功能．如图9所示为某次试验对温度数据的记录，验证了系统的可扩展性．柔性化的构建，有利记录更多通道的数据，体现了记录系统的灵活性，使用便捷．

2.3现场试验测试与分析某次飞行试验中，对系统功能进行检验测试，事后进行回读分析，经上位机软件回读后的数据如图10所示．经过多次现场试验验证，将系统实测数据分析对比，验证了记录系统具有较高的可靠性．

3结论

采用模块化和柔性化思想设计的以基板为中央逻辑控制的插槽式记录系统，满足机载设备数据源和容量的变化情况，增加扩展模块，使记录系统更具灵活性和通用性．系统满足机载设备的环境条件和要求指标，可靠性高、控制简单，适合容量大和实时性要求比较高的机载设备系统，同时柔性化的灵活设计可以进一步扩展到车辆、船舶等其他领域。

作者：王欢靳鸿陈昌鑫靳书云单位：中北大学电子测试技术国家重点实验室中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室苏州大学机电工程学院中北大学计算机与控制工程学院