基于IMA架構(gòu)的機(jī)電系統(tǒng)通信模塊設(shè)計(jì)

郭建奇　范新明　陳帥　張宇坤

摘 要：模塊級(jí)高度綜合集成結(jié)構(gòu)（IMA）是航空電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，在其高速發(fā)展的背景下，基于資源的高效利用和系統(tǒng)可重構(gòu)的要求，航空電子設(shè)備向綜合模塊化形式發(fā)展。本文提出一種基于IMA架構(gòu)的機(jī)電系統(tǒng)通信模塊設(shè)計(jì)，形成以LRM（Line Replaceable Module）為基礎(chǔ)單元的通信模塊，該模塊支持RS422、HB6096通信等功能，具有集成度高、開放性好、全壽命成本低、良好的維修性和可靠性等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：航空電子系統(tǒng)；模塊級(jí)綜合集成結(jié)構(gòu)；通信模塊

綜合航空電子技術(shù)的發(fā)展基本經(jīng)歷了分散、聯(lián)合、綜合、高度綜合4個(gè)階段[1]；航空電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式也大致相應(yīng)地分為分離式、聯(lián)合式、綜合式和綜合模塊化式4個(gè)階段。[2]就我國(guó)而言，綜合模塊化結(jié)構(gòu)形式（IMA）的航空電子設(shè)備正處于高速發(fā)展階段。[3]在綜合化模塊化架構(gòu)中LRM是基本的硬件構(gòu)件，所有的IMA結(jié)構(gòu)都在減少LRM的類型與數(shù)量。[4]

本文設(shè)計(jì)的一種通信接口模塊（簡(jiǎn)稱SIM模塊），用于某機(jī)載機(jī)電管理計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱UMC）中，可支持RS422、HB6096總線通信等功能。

1 總體方案設(shè)計(jì)

UMC內(nèi)部采用VME總線，主要包括SIM模塊、CPU模塊、電源模塊及其他功能模塊等，其內(nèi)部交聯(lián)關(guān)系如圖1所示。CPU模塊通過(guò)VME總線對(duì)SIM模塊資源進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信。

在本設(shè)計(jì)中，SIM采用“FPGA+外圍通信接口”的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA采用 VHDL 語(yǔ)言編碼，SIM模塊電路主要包括：

a.VME接口及控制邏輯電路：實(shí)現(xiàn)與主處理器PowerPC 的數(shù)據(jù)交換；

b.RS422 通信電路：收發(fā)EIA-RS-422A數(shù)據(jù)；

c.HB6096 通信電路：收發(fā)HB6096 數(shù)據(jù)。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 VME接口及控制邏輯

SIM模塊作為CPU模塊的從設(shè)備，通過(guò)VME總線與CPU模塊進(jìn)行通訊，在FPGA中實(shí)現(xiàn)地址譯碼，產(chǎn)生模塊內(nèi)部口地址和控制信號(hào)，為各個(gè)電路提供口地址和控制信號(hào)，使CPU 模塊能夠正確的讀寫SIM模塊的資源。

2.2 RS422通信電路

SIM模塊RS422 總線用來(lái)與外部子系統(tǒng)EIA-RS-422接口進(jìn)行通信。在本設(shè)計(jì)中，SIM模塊采用FPGA設(shè)計(jì)完成12路全雙工收發(fā)RS-422總線功能，其電路形式如圖2所示。通過(guò)軟件控制模擬開關(guān)的接通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)正常收發(fā)功能和外回繞自測(cè)試功能。

正常收發(fā)工作態(tài)下，通過(guò)控制多路模擬開關(guān)，將RS-422輸入接至總線接收驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正常通訊；自測(cè)試時(shí)，控制多路選擇開關(guān)，將RS-422輸出接至總線接收驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的外回繞自測(cè)試。

2.3 HB6096通信電路

SIM模塊采用FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)12路發(fā)送12路接收HB6096總線通信功能，波特率可配置，采用FPGA設(shè)計(jì)，其功能框圖如圖3所示。通過(guò)軟件控制模擬開關(guān)的接通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)正常收發(fā)功能和外回繞自測(cè)試功能。

正常收發(fā)工作態(tài)下，通過(guò)控制多路模擬開關(guān)，將HB6096輸入接至總線接收驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正常通訊；自測(cè)試時(shí)，控制多路選擇開關(guān)，將HB6096輸出接至總線接收驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的外回繞自測(cè)試。

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用綜合模塊化結(jié)構(gòu)形式（IMA）設(shè)計(jì)理念，將通信電路綜合到SIM模塊中，是UMC與外部設(shè)備通訊的集中支撐平臺(tái)。本設(shè)計(jì)具有集成度高、開放性好、全壽命成本低、維修性和可靠性高等特點(diǎn)。經(jīng)機(jī)上聯(lián)試試飛驗(yàn)證，模塊工作穩(wěn)定可靠，具有良好的實(shí)用性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]何志強(qiáng).綜合化航空電子系統(tǒng)發(fā)展歷程及重要支撐技術(shù)[J].電訊技術(shù)，2004，44（4）：1-5.

[2]姚拱元，吳建民，陳若玉.航空電子系統(tǒng)綜合技術(shù)的發(fā)展與模塊化趨勢(shì)[J].航空電子技術(shù)，2002，33（1）：1-10，44.

[3]牛文生.機(jī)載計(jì)算機(jī)技術(shù)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2013.

[4]牛文生，王樂(lè).機(jī)載計(jì)算技術(shù)的新進(jìn)展[J].航空科學(xué)技術(shù)，2012（4）：1-4.

作者簡(jiǎn)介：郭建奇（1987-），男，江西吉安人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。