CN107800976A - 基于advb的航空数字视频总线切换矩阵 - Google Patents

基于advb的航空数字视频总线切换矩阵 Download PDF

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Abstract

一种基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，包含N个ADVB总线接收模块、N个多路选择器和N个ADVB总线发送模块，其特征在于多路选择模块包含N个输入通道和选择切换模块，每个ADVB总线接收模块均与N个多路选择器的一个输入通道连接，每个多了选择器的输出通道连接一个ADVB总线发送模块；多路选择器的选择切换模块结合输入通道的视频状态和切换指令来进行通道切换，并将切换后的ADVB视频数据通过输出通道送入ADVB总线发送模块。本发明实现了ADVB视频数据的多路切换、复制的功能。

Description

基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵
技术领域
本发明涉及机载航空数字视频总线，提出一种用于航空数字视频传输的切换矩阵设计方法。它可以有效的扩展当前航空数字视频总线只能点对点传输的局限，可以通过外部接口实现支持多路航空数字视频总线的切换与复制功能。
背景技术
国内外新一代先进战机中已经使用更为先进的数字传输总线，如光纤通道航空环境匿名订阅消息协议(简称FC-AE-ASM)，其在多种战机中作为统一机载网络用于传输任务控制指令和数据。同样地，在座舱显示控制系统中更多地使用数字视频总线来传输视频数据。航空数字视频总线(Avionics Digital Video Bus，简称ADVB)作为ARINC818-1协议标准，凭借高传输带宽、高可靠性及低传输延迟等特点，越来越多地替代传统视频传输接口，并已经应用于先进战机或航空器中。
发明目的
本发明的发明目的在于提出的一种基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，可以将ARINC818-1协议定义的ADVB总线不再只是点对点视频传输，使ADVB总线具备作为机载视频系统交换核心的能力，如图1所示。本发明几乎没有传输延迟，不会影响系统的视频传输的实时性，使得ADVB总线能够更广泛地应用于复杂的机载视频系统，并支持多路航空数字视频切换和复制的应用需求。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，包含N个ADVB总线接收模块、N个多路选择器和N个ADVB总线发送模块，多路选择器包含N个输入通道和选择切换模块，每个ADVB总线接收模块均与N个多路选择器的一个输入通道连接，每个多路选择器的输出通道连接一个ADVB总线发送模块；
任一ADVB总线接收模块将接收到的ADVB数字视频输入到N个多路选择器的一个输入通道上；
所述选择切换模块对通道进行切换的逻辑为：
条件1、当且仅当当前选通的通道处于空闲阶段；
条件2、当且仅当要选择切换的通道处于空闲阶段；
如果条件1成立，而条件2不成立时，选择切换模块先强制当前选通的通道输出空闲原语，直到条件2成立时进行通道切换；如果条件1和条件2同时成立，则立刻切换到要选择切换的通道上；
选通的通道将ADVB数字视频输出到ADVB总线发送模块。
优选地，所述ADVB总线接收模块包含ADVB总线传输原语检测模块、接收同步状态机模块、链路检测模块和ADVB总线视频数据监控；所述总线原语检测模块是对接收的ADVB视频数据进行传输原语的检测和对齐，对齐后的ADVB视频数据输入N个通道；接收同步状态机是对ADVB视频数据进行同步锁定，并将同步锁定信息提供给链路检测模块；链路检测模块根据同步锁定信息判断通道是否空闲；ADVB视频数据监控模块将ADVB视频数据的状态传输给选择切换模块，而ADVB视频数据的状态，包含视频有效，视频消影和视频无效。
优选地，所述ADVB总线收发模块的输入输出通道缓存为片上缓存器，按照先进先出原则完成ADVB视频数据的发送。
优选地，由外部IIC向选择切换模块输出要选择切换的通道信息。
附图说明
图1为基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵的应用场景示意图。
图2为基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵的结构示意图。
图3为ADVB总线接收模块的输入输出信号示意图。
图4为ADVB总线接收模块的结构示意图。
图5为ADVB总线发送模块的输入输出信号示意图。
图6为多路选择器的输入输出信号示意图。
图7为多路选择器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例所提供的基于ADVB的航空数字视频切换矩阵可以实现航空数字视频多路切换、复制的功能。主要实现如下特点：
●所有ADVB总线接口符合ARINC818-1协议；
●每路ADVB总线输出接口可以支持任意一路ADVB总线输入；
●每路ADVB总线输入接口可以映射到多路ADVB总线输出；
●每路ADVB总线都采用行同步传输；
●每路ADVB总线都可以输出测试图案；
●每路ADVB总线都含有独立的状态信息；
●ADVB总线切换时不会出现数字视频帧的丢失；
●ADVB总线切换延迟不超过1帧数字视频；
●采用IIC作为外部通信接口用于ADVB总线路数切换。
本实施例所述的航空数字视频切换矩阵使用FPGA来实现48x48路ADVB总线切换矩阵，其内部的模块设计和结构如图2所示。
基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，包含N个ADVB总线接收模块、N个多路选择器和N个ADVB总线发送模块，多路选择模块包含N个输入通道和选择切换模块，每个ADVB总线接收模块均与N个多路选择器的一个输入通道连接，多路选择器的输出通道连接一个ADVB总线发送模块。
如图3所示，ADVB总线接收模块(rx_top_lite)主要包括：
●ADVB总线接收物理状态监控；
●ADVB总线链路数据同步状态，采用状态机检测有效的8b/10b解码后的数据；
●ADVB总线数据帧CRC校验与错误统计；
●ADVB总线容器状态，监控有效视频数据；
●当前发送ADVB总线序列源地址(Source_ID)。
ADVB总线接收模块组成如图4所示，包括ADVB总线传输原语检测模块(orderedsets_det)，接收同步状态机模块(rxlosfsm)，链路检测模块(active_det)和ADVB总线视频数据监控(status_timing)。总线原语检测模块是对接收的ADVB视频数据进行传输原语的检测，包括空闲IDLE、帧起始SOFx和帧结束EOFx等传输字检测和对齐，并将对齐后的ADVB视频数据通过流水线处理送入后续通道。接收同步状态机模块是对ADVB视频数据进行同步锁定，并将同步锁定信息提供给链路检测模块，而链路检测模块是根据同步锁定信息判断判断通道是否空闲。ADVB视频数据监控模块将ADVB视频数据的状态传输给选择切换模块，而ADVB视频数据的状态，包含视频有效，视频消影和视频无效。
ADVB总线发送模块如图5所示。主要就是8B/10B编码的极性计算。为了实现传输延迟的最小化，其内部只使用片上缓存器简单实用先进先出队列(FIFO)作为输入、输出缓存。
多路选择器是ADVB总线切换矩阵核心，是最重要的模块，实现了ADVB总线发送对应任意一路ADVB总线接收和ADVB测试视频序列的切换功能，同时也支持同一路ADVB总线视频到多路ADVB总线发送的映射，其模块如图6所示。
本实施例所提出的48路多路选择器功能包括：
●ADVB总线输入，包含48路ADVB总线和1路ADVB测试序列；
●ADVB总线输出；
●ADVB总线切换控制；
●ADVB总线空闲传输字检测输入(48路ADVB总线，1路ADVB测试序列，默认通道关闭状态)；
●ADVB视频数据检测输入(48路ADVB总线，1路ADVB测试序列，默认通道关闭状态)。
多路选择器包含48个输入通道和选择切换模块，选择切换模块对每个通道上的视频数据进行一定的监控，并作为是否执行切换的先决依据。多路选择器主要包括切换控制逻辑和输出选择器两个部门，参见图7所示。
切换控制逻辑的切换条件分为：
1.当且仅当当前选通的通道处于空闲阶段，也就是说当前选通的通道上输入的ADVB视频处于非有效状态(视频处于场消隐期间)；
2.当且仅当要选择切换的通道处于空闲阶段，也就是说被切换的通道上的ADVB总线视频处于非有效状态(视频处于场消隐期间)。
那么切换控制逻辑的切换时机可以分为：
1.如果条件1成立，而条件2不成立时，多路选择器先强制输出空闲原语，直到条件2成立时进行通道切换；
2.如果条件1和条件2同时成立，则立刻将输出切换到选择的ADVB总线输入上去。
输出选择器根据切换控制逻辑的切换将相关通道进行关闭和选通。
本实施例提供的航空数字视频切换矩阵具备很好的扩展性和可裁剪性，可以满足未来负载机载视频系统的转发和交换的中心，并已经在某型预研大型航空器中已经进行了原型样机开发和原理功能验证。其切换效果理想，能够保证视频通道的平滑切换和更低的传输延迟。为未来航空数字视频总线的广泛应用提供理论和实践依据。

Claims (4)

1.一种基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，包含N个ADVB总线接收模块、N个多路选择器和N个ADVB总线发送模块，其特征在于每个多路选择器包含了N个输入通道和选择切换模块，每个ADVB总线接收模块均与N个多路选择器的一个输入通道连接，每个多路选择器的输出通道连接一个ADVB总线发送模块；
任一ADVB总线接收模块将接收到的ADVB数字视频送入到N个多路选择器的一个输入通道上；
所述多路选择器的选择切换模块对通道进行切换的逻辑为：
条件1、当且仅当当前选通的通道处于空闲阶段；
条件2、当且仅当要选择切换的通道处于空闲阶段；
如果条件1成立，而条件2不成立时，选择切换模块先强制当前选通的通道输出空闲原语，直到条件2成立时进行通道切换；如果条件1和条件2同时成立，则立刻切换到要选择切换的通道上；
选通的通道将ADVB数字视频输出到ADVB总线发送模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，其特征在于所述ADVB总线接收模块包含ADVB总线传输原语检测模块、接收同步状态机模块、链路检测模块和ADVB总线视频数据监控；所述总线原语检测模块是对接收的ADVB视频数据进行传输原语的检测和对齐，对齐后的ADVB视频数据同时输入到N个多路选择器的输入通道；接收同步状态机是对ADVB视频数据进行同步锁定，并将同步锁定信息提供给链路检测模块；链路检测模块根据同步锁定信息判断接收通道是否有效；ADVB视频数据监控模块将ADVB视频数据的状态传输给选择切换模块，而ADVB视频数据的状态包含视频有效，视频消影和视频无效。
3.根据权利要求1所述一种基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，其特征在于所述ADVB总线收发模块的输入输出通道的缓存均为片上缓存器，按照先进先出原则完成ADVB视频数据的发送。
4.根据权利要求1所述一种基于ADVB的航空数字视频总线切换矩阵，其特征在于由外部IIC向多路选择器的选择切换模块输出要选择切换的通道信息。
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