CN106940544A - 基于dsp和cpld的机载总线通信控制方法 - Google Patents

基于dsp和cpld的机载总线通信控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法，主要解决现有机载总线通信控制方法浪费输入输出I/O资源且实时性较差的问题。本发明方法实现步骤包括：(1)开机；(2)接收上位机数据；(3)解析数据中的命令字；(4)判断命令字类型；(5)检测DSP基本功能；(6)判断DSP的基本功能是否达标；(7)输出控制信号；(8)发送检测数据帧；(9)发出自检测故障警报；(10)关机；(11)采集周期性数据；(12)判断平均值是否满足正常工作标准；(13)输出控制信号；(14)发送工作数据帧；(15)发出工作故障警报；(16)关机。本发明具有节约输入输出I/O资源和实时性好的优点，适用于机载总线通信控制系统。

Description

基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及机载总线通信控制技术领域中的一种基于数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)和复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)的机载总线通信控制方法。本发明可用于各飞机机型的总线通信系统中，实现数字式信息传输系统通信标准ARINC429(美国航空电子工程委员会Airlines Engineering Committee提出的数字式信息传输系统通信标准)数据的收发和控制。
背景技术
未来的机载总线通信控制系统对可靠性的要求将会更高，需要提供更好的实时性和更高的准确性，因此如何在保证实时性的前提下提高准确性、并节约有限的输入输出I/O(Input/Output)资源成为了一个备受关注的问题。以数字信号处理器DSP为主处理器的总线通信系统用于采集各机载模块如电源配电器等的实时状态及故障数据，组成相应的数据帧后与上位机进行交互通信。而相应的以数字信号处理器DSP为主处理器的总线通信控制系统，就是对相关模块及通信的工作方式进行控制。由于以数字信号处理器DSP为主处理器的总线通信系统处理速度快、成本低、实时性好，因此成为了机载总线通信控制领域中的研究热点之一。
北京航空航天大学在其提出的专利申请文献“一种基于DSP和CPLD开发的多路ARINC429数据收发电路结构”(申请日:2014年3月25日，申请号：201410113491.0，公开号：CN103823785A)中提出了一种基于数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD开发的多路ARINC429数据收发电路的控制方法。该方法中的ARINC429总线收发芯片的数据端与数字信号处理器DSP连接，控制端与可编程逻辑器件CPLD连接，数字信号处理器DSP电路向由可编程逻辑器件CPLD芯片编程实现的寄存器发送控制指令来实现对多组ARINC429总线收发芯片的控制，并通过在数字信号处理器DSP芯片中的软件编程实现ARINC429数据的接收解码和发送编码。该方法存在的不足之处是：机载总线通信控制系统需采集的离散信号非常多，加之采用的数字信号处理器DSP芯片为德州仪器TI(Texas Instrument)公司的TMS320F28335，该芯片无外部扩展接口XINTF(External Interface)，因此输入输出I/O资源非常有限，这种方法大大浪费了数字信号处理器DSP的输入输出I/O资源。
张朝等学者在其发表的学术论文“基于DSP与FPGA的ARINC429总线收发系统设计”(科技创新导报，2013，NO31)中提出了一种基于数字信号处理器DSP和现场可编程门列阵FPGA(Field-Programmable Gate Array)的ARINC429总线收发系统的控制方法。该方法采用总线接口电路HS-3282芯片和总线驱动电路HS-3182芯片作为ARINC429通信芯片，该方法直接用可编程门列阵FPGA芯片编程对通信芯片进行工作方式切换和控制。该方法存在的不足之处是：用可编程门列阵FPGA芯片编程对通信芯片进行工作方式切换和控制的方式实时性较差，不能与主控数字信号处理器DSP芯片达到完全的时间同步，且可编程门列阵FPGA芯片造价高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对机载总线通信系统，提出了一种基于数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD的机载总线通信控制方法。该方法有效利用了数字信号处理器DSP的外部扩展接口XINTF，将数字信号处理器DSP的地址信号和作为控制信号，节约了数字信号处理器DSP的4路输入输出I/O资源，提高了机载总线通信控制的实时性。
为实现上述目的，本发明方法的思路是：根据上位机指令判断系统需要进入的工作模式；在自检测工作模式下，检测数字信号处理器DSP的基本功能，如果基本功能正常则将检测结果数据发送给上位机，如果不正常则报警并关机；在工作模式下，采集机载总线通信系统中数据的模拟量，如果正常则将模拟量的平均值发送给上位机，如果不正常则报警并关机。
本发明方法的具体实施步骤如下：
(1)开机：
为机载总线通信系统加3.3V直流电；
(2)接收上位机数据：
机载总线通信系统接收满足数字式信息传输系统通信标准ARINC429的数据；
(3)解析数据中的命令字：
(3a)机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，解析所接收到数据；
(3b)选取解析后数据中的第二组32比特数据作为指定工作模式的命令字；
(4)判断命令字类型，如果命令字为0x 0055 0000，则系统转入维护模式，执行步骤(5)，如果命令字为0x 00F0 0000，则系统转入正常工作模式，执行步骤(11)；
(5)检测数字信号处理器DSP基本功能：
对开机后机载总线通信系统中数字信号处理器DSP的基本功能进行检测，得到检测数据；
(6)判断数字信号处理器DSP的基本功能是否满足达标条件，若是，则系统未自检出故障，执行步骤(7)，否则，执行步骤(9)；
(7)输出控制信号：
(7a)机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，在选通外部扩展接口XINTF中zone0和zone1的两个通信区域时，片选信号/XZCS0AND1处于低电平，读使能信号/XRD处于高电平，写使能信号/XWE处于低电平，将地址信号XA0～XA3、片选信号/XZCS0AND1、读使能信号/XRD和写使能信号/XWE作为一组通信控制信号输出；
(7b)采用控制信号处理方法，对机载总线通信系统的控制信号进行处理，机载总线通信系统中的复杂可编程逻辑器件CPLD同时输出工作模式信号SEL、使能信号ENTX、低字节使能信号/LD1和高字节使能信号/LD2；
(8)发送检测数据帧：
将步骤(5)中得到的所有检测数据，按照数字式信息传输系统通信标准ARINC429，组成数据帧，发送给上位机；
(9)发出自检测故障警报：
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，点亮自检测故障警报灯，启动自检测故障指示蜂鸣器；
(10)关机：
警报灯亮且蜂鸣器蜂鸣5秒后，机载总线通信系统下电关机；
(11)采集周期性数据：
(11a)以每隔20ms为一个周期，采集机载总线通信系统中数据的模拟量；
(11b)对采集到的所有数据的模拟量，以每10个周期为一组进行分组；
(11c)求每组数据的模拟量的平均值；
(12)判断模拟量的平均值是否满足正常工作标准，若是，则机载总线通信系统正常工作，执行步骤(13)，否则，执行步骤(15)；
(13)输出控制信号：
(13a)采用步骤(7a)中的方法输出机载总线通信系统的控制信号；
(13b)采用控制信号处理方法，对机载总线通信系统的控制信号进行处理，机载总线通信系统中的复杂可编程逻辑器件CPLD同时输出工作模式信号SEL、使能信号ENTX、低字节使能信号/LD1和高字节使能信号/LD2。
(14)发送工作数据帧：
将模拟量的平均值，按照数字式信息传输系统通信标准ARINC429，组成数据帧，发送给上位机；
(15)发出工作故障警报：
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，点亮工作故障警报灯，启动工作故障指示蜂鸣器；
(16)关机：
警报灯亮且蜂鸣器蜂鸣10秒后，整个系统下电关机。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，由于本发明输出控制信号时，机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，在选通外部扩展接口XINTF中zone0和zone1的两个通信区域时，片选信号/XZCS0AND1处于低电平，读使能信号/XRD处于高电平，写使能信号/XWE处于低电平，将地址信号XA0～XA3、片选信号/XZCS0AND1、读使能信号/XRD和写使能信号/XWE作为一组通信控制信号输出，克服了现有技术需要额外使用数字信号处理器DSP的多路输入输出I/O信号线的缺点，使得本发明具有节约数字信号处理器DSP的输入输出I/O资源的优势，可适用于对下一代新型飞机机型的机载总线通信系统进行控制。
第二，由于本发明输出控制信号时，复杂可编程逻辑器件CPLD同时输出工作模式信号SEL、使能信号ENTX、低字节使能信号/LD1和高字节使能信号/LD2，克服了现有技术用可编程门列阵FPGA编程对通信芯片进行控制的实时性较差的缺点，使得本发明具有同步性高、实时性好的优势，可适用于下一代新型飞机机型的机载总线通信系统进行控制。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明实现的具体步骤做进一步详细的描述。
步骤1，开机。
为机载总线通信系统加3.3V直流电。
步骤2，接收上位机数据。
机载总线通信系统接收满足数字式信息传输系统通信标准ARINC429的数据。
步骤3，解析数据中的命令字。
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，解析所接收到数据。
选取解析后数据中的第二组32比特数据作为指定工作模式的命令字。
步骤4，判断命令字类型，如果命令字为0x 0055 0000，则系统转入维护模式，执行步骤5，如果命令字为0x 00F0 0000，则系统转入正常工作模式，执行步骤11。
步骤5，检测数字信号处理器DSP基本功能。
对开机后机载总线通信系统中数字信号处理器DSP的基本功能进行检测，得到检测数据。
所述的数字信号处理器DSP的基本功能包括：采集模拟/数字A/D基准电压的功能，采集输入/输出I/O自检电路输出信号的功能，计算任意一组数据的循环冗余校验结果的功能。
步骤6，判断数字信号处理器DSP的基本功能是否满足达标条件，若是，则系统未自检出故障，执行步骤7，否则，执行步骤9。
所述的达标条件是指同时满足以下三个条件的情形：
条件1，采集到的模拟/数字A/D的两个基准电压值与基准电压理论值的绝对误差不超过20％。
条件2，采集到的输入/输出I/O自检电路的输出信号与输出信号理论值相同。
条件3，计算的循环冗余校验结果与循环冗余校验结果理论值的绝对误差不超过20％。
步骤7，输出控制信号。
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，在选通外部扩展接口XINTF中zone0和zone1的两个通信区域时，片选信号/XZCS0AND1处于低电平，读使能信号/XRD处于高电平，写使能信号/XWE处于低电平，将地址信号XA0～XA3、片选信号/XZCS0AND1、读使能信号/XRD和写使能信号/XWE作为一组通信控制信号输出。
采用控制信号处理方法，对机载总线通信系统的控制信号进行处理，机载总线通信系统中的复杂可编程逻辑器件CPLD同时输出工作模式信号SEL、使能信号ENTX、低字节使能信号/LD1和高字节使能信号/LD2。
控制信号处理方法的步骤如下：
第一步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA0，作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的工作模式信号SEL。
第二步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA1取反，与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的使能信号ENTX。
第三步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA2取反，与写使能信号/XWE相或，再与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的低字节使能信号/LD1。
第四步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA3取反，与写使能信号/XWE相或，再与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的高字节使能信号/LD2。
步骤8，发送检测数据帧。
将步骤5中得到的所有检测数据，按照数字式信息传输系统通信标准ARINC429，组成数据帧，发送给上位机。
步骤9，发出自检测故障警报。
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，点亮自检测故障警报灯，启动自检测故障指示蜂鸣器。
步骤10，关机。
警报灯亮且蜂鸣器蜂鸣5秒后，机载总线通信系统下电关机。
步骤11，采集周期性数据。
以每隔20ms为一个周期，采集机载总线通信系统中数据的模拟量。
对采集到的所有数据的模拟量，以每10个周期为一组进行分组。
求每组数据的模拟量的平均值。
所述的机载总线通信系统中的数据的模拟量包括：输入电压、输入电流、环境温度、脉动电压、风扇转速、输出电压和输出电流。
步骤12，正常工作，执行步骤13，否则，执行步骤15。
所述的正常工作标准是指同时满足以下三个条件的情形：
条件1，输入电压不超过输入电压理论值的5％。
条件2，输入电流不超过输入电流理论值的5％。
条件3，风扇转速不超过风扇转速理论值的10％。
步骤13，输出控制信号。
采用步骤7中的方法输出机载总线通信系统的控制信号。
采用控制信号处理方法，对机载总线通信系统的控制信号进行处理，机载总线通信系统中的复杂可编程逻辑器件CPLD同时输出工作模式信号SEL、使能信号ENTX、低字节使能信号/LD1和高字节使能信号/LD2。
控制信号处理方法的步骤如下：
第一步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA0，作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的工作模式信号SEL。
第二步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA1取反，与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的使能信号ENTX。
第三步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA2取反，与写使能信号/XWE相或，再与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的低字节使能信号/LD1。
第四步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA3取反，与写使能信号/XWE相或，再与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的高字节使能信号/LD2。
步骤14，发送工作数据帧。
将模拟量的平均值，按照数字式信息传输系统通信标准ARINC429，组成数据帧，发送给上位机。
步骤15，发出工作故障警报。
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，点亮工作故障警报灯，启动工作故障指示蜂鸣器。
步骤16，关机。
警报灯亮且蜂鸣器蜂鸣10秒后，整个系统下电关机。

Claims (6)

1.一种基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法，其实现步骤如下：
(1)开机：
为机载总线通信系统加3.3V直流电；
(2)接收上位机数据：
机载总线通信系统接收满足数字式信息传输系统通信标准ARINC429的数据；
(3)解析数据中的命令字：
(3a)机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，解析所接收到数据；
(3b)选取解析后数据中的第二组32比特数据作为指定工作模式的命令字；
(4)判断命令字类型，如果命令字为0x0055 0000，则系统转入维护模式，执行步骤(5)，如果命令字为0x00F0 0000，则系统转入正常工作模式，执行步骤(11)；
(5)检测数字信号处理器DSP基本功能：
对开机后机载总线通信系统中数字信号处理器DSP的基本功能进行检测，得到检测数据；
(6)判断数字信号处理器DSP的基本功能是否满足达标条件，若是，则系统未自检出故障，执行步骤(7)，否则，执行步骤(9)；
(7)输出控制信号：
(7a)机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，在选通外部扩展接口XINTF中zone0和zone1的两个通信区域时，片选信号/XZCS0AND1处于低电平，读使能信号/XRD处于高电平，写使能信号/XWE处于低电平，将地址信号XA0～XA3、片选信号/XZCS0AND1、读使能信号/XRD和写使能信号/XWE作为一组通信控制信号输出；
(7b)采用控制信号处理方法，对机载总线通信系统的控制信号进行处理，机载总线通信系统中的复杂可编程逻辑器件CPLD同时输出工作模式信号SEL、使能信号ENTX、低字节使能信号/LD1和高字节使能信号/LD2；
(8)发送检测数据帧：
将步骤(5)中得到的所有检测数据，按照数字式信息传输系统通信标准ARINC429，组成数据帧，发送给上位机；
(9)发出自检测故障警报：
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，点亮自检测故障警报灯，启动自检测故障指示蜂鸣器；
(10)关机：
警报灯亮且蜂鸣器蜂鸣5秒后，机载总线通信系统下电关机；
(11)采集周期性数据：
(11a)以每隔20ms为一个周期，采集机载总线通信系统中数据的模拟量；
(11b)对采集到的所有数据的模拟量，以每10个周期为一组进行分组；
(11c)求每组数据的模拟量的平均值；
(12)判断模拟量的平均值是否满足正常工作标准，若是，则机载总线通信系统正常工作，执行步骤(13)，否则，执行步骤(15)；
(13)输出控制信号：
(13a)采用步骤(7a)中的方法，输出机载总线通信系统的控制信号；
(13b)采用控制信号处理方法，对机载总线通信系统的控制信号进行处理，机载总线通信系统中的复杂可编程逻辑器件CPLD同时输出工作模式信号SEL、使能信号ENTX、低字节使能信号/LD1和高字节使能信号/LD2；
(14)发送工作数据帧：
将模拟量的平均值，按照数字式信息传输系统通信标准ARINC429，组成数据帧，发送给上位机；
(15)发出工作故障警报：
机载总线通信系统中的数字信号处理器DSP，点亮工作故障警报灯，启动工作故障指示蜂鸣器；
(16)关机：
警报灯亮且蜂鸣器蜂鸣10秒后，整个系统下电关机。
2.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法，其特征在于，步骤(5)中所述数字信号处理器DSP的基本功能包括：采集模拟/数字A/D基准电压的功能，采集输入/输出I/O自检电路输出信号的功能，计算任意一组数据的循环冗余校验结果的功能。
3.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法，其特征在于，步骤(6)中所述的达标条件是指同时满足以下三个条件的情形：
条件1，采集到的模拟/数字A/D的两个基准电压值与基准电压理论值的绝对误差不超过20％；
条件2，采集到的输入/输出I/O自检电路的输出信号与输出信号理论值相同；
条件3，计算的循环冗余校验结果与循环冗余校验结果理论值的绝对误差不超过20％。
4.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法，其特征在于，步骤(11a)、步骤(11b)中所述的机载总线通信系统中的数据的模拟量包括：输入电压、输入电流、环境温度、脉动电压、风扇转速、输出电压和输出电流。
5.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法，其特征在于，步骤(7b)、步骤(13b)中所述的控制信号处理方法的步骤如下：
第一步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA0，作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的工作模式信号SEL；
第二步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA1取反，与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的使能信号ENTX；
第三步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA2取反，与写使能信号/XWE相或，再与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的低字节使能信号/LD1；
第四步，将数字信号处理器DSP输出的地址信号XA3取反，与写使能信号/XWE相或，再与片选信号/XZCS0AND1相或，将结果作为数字式信息传输系统通信标准ARINC429总线通信芯片DEI1016的高字节使能信号/LD2。
6.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的机载总线通信控制方法，其特征在于，步骤(12)中所述的正常工作标准是指同时满足以下三个条件的情形：
条件1，输入电压不超过输入电压理论值的5％；
条件2，输入电流不超过输入电流理论值的5％；
条件3，风扇转速不超过风扇转速理论值的10％。
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