CN104718539A - 可配置通用电气设施 - Google Patents
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Abstract
可配置通用电气设施，包括：用于实现至少一个所配置的功能的处理装置，所述处理装置包括处理单元4、在所述处理单元4中实现的预定义功能块22，所述处理单元4包括被设计成存储配置数据25的存储器模块5，其特征在于，所述处理单元4包括被设计成连接所述块22并根据所述存储器模块5中存储的所述配置数据25中包括的互连数据25b来组织所述块22、28、29之间的数据交换的路由装置30。
Description
本发明涉及包括用于实现各种应用的处理装置的可配置通用电气设施。
背景技术
“超电动”飞机的开发是航空工业实现的研究和创新政策的主要目标之一。电能提供优于机械能、水力能或风能的若干优点，包括经改进的装备集成、降低维护成本、简化使用、重量降低，等等。
大型民事或军事项目代表了引入技术进步的机会，使其可能用电气系统替换传统系统。在民用飞机上引入电动飞行控制、电动制动等可跻身于最突出进步之中。
电气系统的开发致使机电致动器的增加，机电致动器为了操作尤其需要控制设施和功率转换设施。控制设施被用来根据不同设置和测量(转子的位置、角速度，等等)驱动与机电致动器的电动机相关联的逆变器。对它们而言，功率节省设施被用来向电气装备提供DC供电电压(28伏，例如)或AC供电电压(115/200伏–400赫兹，例如)。这些控制和转换设施一般实现伺服控制，这使得有必要获取由传感器执行的对线或角位置、速度、电流、电压等的测量。
每一应用需要控制设施和功率转换设施具有依赖于该应用(控制法则的制定、监视，等等)的某一数量的特性。因此，对于每一新应用，有必要生产新装备，这表示在该装备的开发、验证、以及制造方面的重大成本，并且引入了与这一新装备在安全性和可靠性方面的性能有关的不确定性。
发明目的
本发明的目的是降低电气系统的开发的成本和时间，同时改进其可靠性。
发明内容
为了实现这一目的，提出了一种可配置通用电气设施，所述通用电气设施包括用于实现至少一个所配置的功能的处理装置，所述处理装置包括处理单元、存储器块以及在所述处理单元中实现的预定义功能块，所述处理单元包括被设计成存储配置数据的存储器模块。根据本发明，所述处理单元包括被设计成根据所述存储器模块中存储的配置数据中包括的互连数据来组织所述块之间的数据交换的路由装置。
因此，仅仅通过修改传送给所述处理单元的路由装置的配置数据，使用已经开发的、合格的且经验证的电气设施来实现新功能是可能的。所述路由装置互连、参数化并随后控制所述预定义功能块，以便实现所需的所配置的功能。这使得以下成为可能：降低设计成本，因为已经生产的功能块被重用；降低与确认、验证、以及认证活动相关联的成本，因为对于新功能而言，这些只涉及新配置数据；以及降低与装备性能有关的不确定性，因为处理单元和功能块的性能已被证明。
鉴于后文中对本发明的实现的非限制性特定模式的描述，将能够更好地理解本发明。
附图说明
将参考附图，在附图中：
图1示意性地表示本发明的可配置通用电气设施；
图2示意性地表示本发明的电气设施的FPGA和微控制器的架构；
图3示意性地表示电气设施被配置以实现所配置的功能的方式。
具体实施方式
参考图1，本发明的可配置电气设施1包括其中安装至少一个电路板3的箱2。这一电路板3包括包含实现本发明的、包括链接到位于FPGA外部(然而，它将可能提供集成到FPGA的存储器)的组件中的非易失性存储器6的随机存取存储器空间5的SRAM(“静态随机存取存储器”)型FPGA 4(“现场可编程门阵列”)的电气组件。电路板3还包括包含处理器80和非易失性存储器空间81的微控制器7，电源模块8，时钟组件9、10，通信接口组件11，以及模拟量获取接口组件12。
电路板3的电源模块8连接到外部电源13，并且被设计成通过提供一个或多个适当的供电电压来向电路板3的各组件供电。时钟组件9、10包括两个石英振荡器14、15，它们分别向FPGA 4和微控制器7提供稳定的时钟信号。通信接口组件11(它尤其包括ARINC429链路型链路的发送/接收组件16)被用来形成在FPGA 4、微控制器7、以及电气设施1外部的第一组外部装备17之间交换的数字信号。模拟量获取接口组件12(它包括模数转换器18)被设计成允许FPGA 4和微控制器7命令第二组外部装备20，并能访问由连接到第二组外部装备20的一组外部传感器19所执行的测量。
本发明的电气设施1可被配置成执行机电致动器的电动机的控制功能、或功率转换功能，使其可能将DC或AC电压转换成DC或AC电压(随后具有DC/DC、DC/AC、AC/AC或AC/DC转换将是可能的)。
怀着这一目标，参考图2，预定义的功能块22被实现在FPGA 4中。“被实现”意味着FPGA 4的功能块22被存储器区中装载的所编程的代码来编码，这些代码与FPGA 4相关联且由FPGA 4执行以实现各操作。对于FPGA，执行包括组装构成它的基本逻辑单元，并且因此在物理上植入了逻辑功能。
为了配置电气设施1，用户必须首先将通用配置程序43加载到微控制器7的非易失性存储器空间81。这一通用配置程序43包含FPGA 4的配置指令25。这一通用配置程序43可由用户修改，并使得定义将由电气设施1实现的功能成为可能。
在引导电气设施1时，FPGA 4的配置指令25被微控制器7经由存储器控制器26加载到FPGA 4的随机存取存储器空间5，存储器控制器26管理与FPGA4的随机存取存储器空间5的所有数据交换。FPGA 4的配置指令25包括控制数据25a、互连数据25b、以及参数化数据25c。控制数据25a被存储在FPGA 4的随机存取存储器空间5的第一存储器区27中，互连数据25b以及参数化数据25c被存储在专用于FPGA 4与微控制器7之间的交换的第二存储器区28中。FPGA 4的随机存取存储器空间5进一步包括用于存储在所配置的功能的实现期间交换47的数据的第三存储器区29。随机存取存储器空间5随后获取FPGA4的未经参数化的功能块22。
在FPGA 4中，所配置的功能在FPGA 4的功能块22的基础上的实现由链接到定序器31的路由器30来执行，定序器31自身连接到FPGA 4的时钟组件9。路由器30根据互连数据25b将命令22a和接口22b块互连。路由器30由控制数据25a控制以按块22执行其操作的方式激活块22，并且以实现块22之间的数据交换，以便执行所配置的功能。路由器30包括管理装置32，其角色是根据微控制器7提供的参数来授权或拒绝块22的激活。预定义功能块22由路由器30根据参数化数据25c来参数化，使得它们执行的操作与所配置的功能相对应。路由器30被定序器31根据参数化数据25c中定义的可变且可参数化的速率来定序。
功能块22包括命令块22a和接口块22b。命令块22a是操作信号以对信号进行变换的块。命令块22a包括例如参照系变换块、过滤块，等等。
接口块22b旨在获取或生成信号。接口块22b包括例如模数或数模转换块，它们的采样频率或分辨率是可参数化的，等等。
每一功能块22因此被提供以执行一操作。这些功能块22是独立的，换言之，它们不必与其他块相关联就能执行它们被提供以用于的操作。此外，这些块是可参数化的，换言之，例如通过修改阈值、输出电压值、频率值等，将所执行的操作适配到所提供的功能是可能的。
因而，通过使用存储在FPGA的非易失性存储器中的预定义功能块，通过仅仅修改提供给微控制器的配置数据并且因此不需要修改FPGA的代码，生成用于执行特定功能的各种算法是可能的。
特定功能的实现在图3中被用图表示出。在此，这是用于机电致动器34的电动机33的控制功能。电动机33是同步、无刷、以及永磁型的。这一机电致动器34使得线性地移位机电锁杆35是可能的。这一类型的锁可被用来在飞行中锁定推力反向器，从而防止所述推力反向器不合时宜地打开。
电气设施1被控制以驱动电动机33并根据经由通信接口组件11传送给微控制器7的位置设置来定位致动器34的杆35。此外，电气设施1经由模拟量获取接口组件12连接到驱动电动机33的逆变器36，以及连接到电动机33的转子的角位置的传感器37(在此，是分解器(resolver)型传感器)，并且连接到杆35的线位置38的传感器。逆变器36由DC电压源39供电。
控制功能由调节环路41执行，调节环路41由FPGA 4用FPGA 4的功能块22中的一些来实现。
FPGA 4的调节环路41被用户转换成状态图42(虚线箭头F1)并随后变换成配置指令25(虚线箭头F2)。这些数据(包括控制数据25a、互连数据25b以及参数化数据25c)随后被存储在微控制器7的非易失性存储器空间81中(虚线箭头F3)，并随后被传送到FPGA 4的随机存取存储器空间5(虚线箭头F4)且随后传送到FPGA 4的路由器30(虚线箭头F5)，路由器30以定序器31所施加的速率来实现FPGA调节环路。
本发明并不限于刚刚已描述的特定实施例，而是正好相反，涵盖了落入由权利要求书限定的本发明的范围内的任何变型。
虽然选择了通过使用FPGA来示出本发明，但使用被设计成可配置的ASIC(“专用集成电路”)型组件来代替FPGA是可能的。
虽然已选择了使用集成到电气设施的微控制器来将配置指令加载到FPGA，但使用不同的组件是可能的。作出规定以从电气设施外部的外部装备加载这些配置指令也将是可能的。
虽然指示了管理装置位于FPGA的路由器内，但它们可以位于别处，并且具体而言，位于微控制器中或用来将配置指令加载到FPGA的任何其他组件中。
所提供的功能块列表当然是非穷尽性的，电气设施的电路板上存在的组件的列表也一样。还可作出规定以将这些组件安装在若干电路板上。
Claims (10)
1.一种可配置通用电气设施，包括：用于实现至少一个所配置的功能的处理装置，所述处理装置包括处理单元(4)、存储器块(28、29)以及被编程在所述处理单元(4)中的预定义功能块(22)，所述处理单元(4)包括被设计成存储配置数据(25)的存储器模块(5)，其特征在于，所述处理单元(4)包括被设计成根据所述存储器模块(5)中存储的所述配置数据(25)中包括的互连数据(25b)来组织所述块(22、28、29)之间的数据交换的路由装置(30)。
2.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述路由装置(30)由所述配置数据(25)中包括的控制数据(25a)来控制。
3.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述功能块(22)由所述配置数据(25)中包括的控制数据(25a)来激活。
4.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述路由装置(30)进一步被设计成根据所述配置数据(25)中包括的参数化数据(25c)来将所述功能块(22)参数化。
5.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述处理单元(4)进一步包括被设计成根据可参数化速率对所述路由装置(30)定序的同步装置(31)。
6.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述处理单元(4)进一步包括被设计成授权或拒绝所述功能块(22)的激活的管理装置(22)。
7.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述处理单元(4)包括至少一个FPGA(4)。
8.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述处理单元(4)包括至少一个ASIC。
9.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述处理单元(4)被设计成实现电动机(33)的控制功能。
10.如权利要求1所述的可配置通用电气设施，其特征在于，所述处理单元(4)被设计成实现用于将DC或AC电压转换成DC或AC电压的功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150617 |