一種基于CPLD的固存國產(chǎn)化設(shè)計方法

摘要：為滿足現(xiàn)有某型飛機(jī)綜合導(dǎo)航計算機(jī)的維修保障工作，對導(dǎo)航計算機(jī)中的固存單元進(jìn)行系統(tǒng)原理分析并系統(tǒng)分析。使用CPLD生成所需要的控制信號，選用FLASH芯片作為故障存儲器件磁芯的替換件。依據(jù)工作原理設(shè)計國產(chǎn)化固存單元替代方案。為后續(xù)維修保障任務(wù)提供有力技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：存儲轉(zhuǎn)換? 國產(chǎn)化? 固存? 磁芯

1 引言

引進(jìn)俄制軍用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)，是引進(jìn)裝備國產(chǎn)化的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)武器裝備自主可控發(fā)展的重要途徑，只有加速國產(chǎn)化改造進(jìn)程，才能發(fā)揮其在我軍作戰(zhàn)系統(tǒng)中的重要作用，提升部隊信息化、系統(tǒng)化作戰(zhàn)能力。近幾年來，我國引進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備和備件經(jīng)常性的發(fā)生故障。這就對進(jìn)口設(shè)備的國產(chǎn)化產(chǎn)生了需求。

目前由我處承擔(dān)的國內(nèi)現(xiàn)有某型飛機(jī)試驗機(jī)維護(hù)保障工作中，需要對故障部件進(jìn)行維修并進(jìn)行保障。在維修過程中，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)航計算機(jī)中固存部件故障。根據(jù)對其原理分析，固存部件故障原因為存儲器件磁芯失效導(dǎo)致。由于此器件為國外多年前停產(chǎn)器件，無國產(chǎn)替代產(chǎn)品，且無法找到貨源。在板所有存儲芯片的程序已經(jīng)讀出，因此提出了國產(chǎn)化固存替代方案。

2 原理分析

現(xiàn)有固存部件用于存儲綜合導(dǎo)航計算機(jī)程序存儲及讀取。內(nèi)部包含固存轉(zhuǎn)換板和存儲板兩個模塊，其中固存轉(zhuǎn)換板電路分為：輸入地址串并轉(zhuǎn)換部分、脈沖產(chǎn)生部分、地址LA8～13位譯碼部分、地址LA3～7位譯碼部分、地址LA0～2位譯碼部分、輸出數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換部分。功能框圖見圖1。

固存輸入的地址信號送入地址信號接口，脈沖信號送入脈沖、觸發(fā)信號產(chǎn)生部分，脈沖信號經(jīng)過脈沖產(chǎn)生電路生成控制信號送給程序存儲器，地址信號經(jīng)順序排列后也送給程序存儲器，程序存儲器將地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)送出到輸出數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換送出到計算機(jī)部件。

3 國產(chǎn)化方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計

國產(chǎn)化的固存模塊采用一個模塊實現(xiàn)原固存兩個模塊的功能。主要完成脈沖信號發(fā)生，地址順序重排，并行數(shù)據(jù)讀出，并行數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換四個功能。

其中，輸入信號包括輸入的串行地址、脈沖信號及觸發(fā)信號;當(dāng)?shù)刂沸盘栐L問程序存儲單元存儲原有的固存程序時，將數(shù)據(jù)送到并串轉(zhuǎn)換部分;輸出的并行信號經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換送出給計算機(jī)系統(tǒng)CPU部件。

3.2 詳細(xì)方案設(shè)計

3.2.1 設(shè)計思路

脈沖觸發(fā)信號產(chǎn)生電路實現(xiàn)觸發(fā)信號產(chǎn)生功能，地址接口電路實現(xiàn)輸入地址重新排序功能。將脈沖觸發(fā)信號產(chǎn)生、地址接口部分和輸出數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換部分采用CPLD實現(xiàn)。存儲器采用FLASH實現(xiàn)。

3.2.2 芯片選型

1）CPLD器件，選用LATTICE 公司 IspLSI 1K系列ispLSI1032EA-100型號，規(guī)格如下：

供電電壓：5V;

兼容TTL及CMOS電平;

內(nèi)部PLD數(shù)量：600個;

寄存器數(shù)量：192個;

最大可用I/O引腳數(shù)：64個;

最大輸入時鐘頻率：100MHz

傳播延時：最大12.5ns ;

工作溫度：-55°C到125°C。

2）FLASH器件，選用AMD公司AM29F400B芯片

供電電壓：5V;

容量：256K*16bit

工作溫度：-55°C到125°C。

3）比較器，選用TI公司TLV3502芯片，將輸入正弦波脈沖信號整形為標(biāo)準(zhǔn)電平。

供電電壓：2.7～5.5V;

輸入偏移電壓：1mV（典型值）;

傳播延時：4.5nS（TTL電平輸入，5V供電）;

工作溫度：-40°C到125°C。

4）針對輸入輸出接口，需要對輸入輸出信號隔離，故在輸入信號后級和輸出信號前級增加兩片54AHCT245芯片作為接口。

3.2.3 時序邏輯說明

原固存部件輸入時鐘信號CLK、脈沖信號ST、串行地址SA0K、SA0H、SA0L信號以及輸出數(shù)據(jù)SD0H、SD0L對應(yīng)時序關(guān)系如下表所示：

國產(chǎn)化固存模塊工作原理、時序邏輯及接口部分也與原固存部件相同，即在時鐘周期的第4到11個節(jié)拍送入SA0L，第6到10個節(jié)拍送入SA0H，第10個節(jié)拍送入SA0K;在下一個脈沖周期的第0到15個節(jié)拍送出上一個地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

在國產(chǎn)化固存內(nèi)部邏輯實現(xiàn)時的流程如下：固存程序里燒寫程序數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谝粋€觸發(fā)脈沖信號到來之后，CPLD內(nèi)部計數(shù)器開始計數(shù)，計到脈沖周期的第15個下降沿之后，開始并串轉(zhuǎn)換。由于SA0L、SA0H、SA0K信號轉(zhuǎn)換在脈沖周期的4～11個完成轉(zhuǎn)換，因此可以在第12個脈沖的上升沿到來時將CE#、WE#、OE#置位，LA地址信息送出，此時FALSH將地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)送到總線上，在第13個脈沖上升沿到來時將SD0L并行數(shù)據(jù)送入CPLD，準(zhǔn)備在第0～15個脈沖周期的下降沿，將SD0L、SD0H數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換送出。

3.2.4? CPLD內(nèi)部功能模塊

（1）脈沖信號產(chǎn)生部分

當(dāng)脈沖信號下降沿到來時，經(jīng)延時一個時鐘節(jié)拍，依此類推，可產(chǎn)生ST0～ST15的脈沖信號

（2）計數(shù)器模塊

每個時鐘周期的下降沿到來時，判斷脈沖信號，當(dāng)脈沖信號為1時，將計數(shù)值置為8;之后，每個時鐘脈沖的下降沿將計數(shù)值到來時，計數(shù)值加1，直到計數(shù)值為15后，重0開始繼續(xù)加1計數(shù)。此功能模塊送出計數(shù)值及FLASH置位信號。

（3）地址串轉(zhuǎn)并模塊

在時鐘周期的上升沿到來時，判斷ST0～ST15脈沖節(jié)拍的電平。當(dāng)ST4節(jié)拍有效時，將輸入的串行數(shù)據(jù)存入模塊內(nèi)部寄存器的第0位;當(dāng)ST5節(jié)拍有效時，將輸入的串行數(shù)據(jù)存入模塊內(nèi)部寄存器的第1位，依次類推，完成8位地址的串并轉(zhuǎn)換。

（4）數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)串模塊

在rst信號低電平時，進(jìn)行復(fù)位操作，q輸出0;rst為高時，當(dāng)start信號的上升沿到來時，開始將并口的數(shù)據(jù)逐位輸出，每個時鐘輸出一位。先低位后高位的輸出方向，完成程序數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

3.2.5? FLASH芯片控制信號配置

當(dāng)SA0L、SA0H、SA0K信號轉(zhuǎn)換在脈沖周期的4～11個完成轉(zhuǎn)換后，在第12個脈沖的上升沿到來時將CE#、WE#、OE#置位，LA地址信息送出，此時FALSH將地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)送到總線上，在第13個脈沖上升沿到來時將SD0L并行數(shù)據(jù)送入CPLD，準(zhǔn)備在第0～15個脈沖周期的下降沿，將SD0L、SD0H數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換送出。

3.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

原有固存部件結(jié)構(gòu)部分包括：固存機(jī)殼和固存板模塊兩部分。使用時，將固存部件插入托架對應(yīng)位置，上電后即可進(jìn)行測試。

國產(chǎn)化固存部件殼體內(nèi)部采用一個固存模塊來替換原固存的轉(zhuǎn)換板和存儲板，不用改動固存部件的結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)部件的原位替代。

3.4 試驗驗證

在對國產(chǎn)化固存部件驗證時，制作專用固存部件測試設(shè)備，模擬固存模塊接口信號時序，采集輸出的數(shù)據(jù)程序文件，與原有程序文件進(jìn)行比較，結(jié)果無誤后將國產(chǎn)化部件裝入計算機(jī)系統(tǒng)驗證。后又在部隊地面試驗臺裝機(jī)驗證，工作正常。

4 結(jié)論

通過國產(chǎn)化工作實踐，能夠降低備件采購成本，減少設(shè)備維修費用，確保進(jìn)口設(shè)備備件的及時供應(yīng)，提升了裝備技術(shù)水平，和市場競爭力，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

國產(chǎn)化固存部件采用原位替換的方式，研制產(chǎn)品與原系統(tǒng)設(shè)備完全兼容。通過前期工作確認(rèn)，原有器件內(nèi)部的程序均已成功讀出，因此國產(chǎn)化設(shè)計滿足技術(shù)可行性要求。

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作者簡介

齊寒波，（1979.6-），女，陜西西安，漢，碩士，工程師，電子信息。