CN109450759A - 一种fc-ae-1553总线控制节点设备的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种FC‑AE‑1553总线控制节点设备的系统,其中,包含:ARM处理器、FC‑AE‑1553控制器模块、光模块、MIL‑STD‑1553协议控制器、收发器和网络变压器、CAN协议控制器和收发器、422协议控制器和收发器、IO输入电路和输出驱动电路、AD采集和DA模拟输出电路;ARM处理器用于进行各功能调度和数据格式转换,进行主动访问以及数据处理;FC‑AE‑1553控制器模块集成在FPGA芯片A内,以降低系统使用中PCIe总线的占用;FPGA芯片B内设置CAN协议控制器、422协议控制器、IO驱动电路、AD模拟输入以及DA模拟输出。本发明一种FC‑AE‑1553总线远程控制的处理装置,能够实现FC‑AE‑1553远程控制的控制节点。
Description
技术领域
本发明涉及航天通信技术,特别涉及一种FC-AE-1553总线控制节点设备的系统。
背景技术
FC-AE-1553在航空航天领域已经有广泛应用,FC-AE-1553继承了MIL-STD-1553B的优点,具有高可靠,高实时性,高容错性等特点,而且将通讯速率提升至1/2/4/8Gbps。FC-AE-1553采用光纤进行通讯,和同距离线缆比传统的铜轴和差分通讯串行总线相比,具有重量轻,成本低,不易受干扰等等优势。但是现在缺少针对FC-AE-1553的总线控制支持。使得FC-AE-1553技术不易应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其中,包含: ARM处理器、FC-AE-1553控制器模块、光模块、MIL-STD-1553协议控制器、收发器和网络变压器、CAN协议控制器和收发器、422协议控制器和收发器、IO输入电路和输出驱动电路、AD采集和DA模拟输出电路;ARM处理器用于进行各功能调度和数据格式转换,进行主动访问以及数据处理;FC-AE-1553控制器模块集成在FPGA芯片A内,以降低系统使用中PCIe总线的占用;FPGA芯片B内设置CAN协议控制器、422协议控制器、IO驱动电路、AD模拟输入以及DA模拟输出; ARM处理器根据报文标识判断帧的类型,从而确定转发通道为1553B,解析NC数据帧的位号得到转发数据的1553B通道号;同时通过数据帧的数据参数字段,参考MIL-STD-1553B协议得出 MIL-STD-1553B数据帧的种类;依据通信双方的协议规定, MIL-STD-1553B数据帧的数据段内容由数据帧的指令内容解析得到;之后调用MIL-STD-1553B发送函数将解析得出的MIL-STD-1553B数据帧发送至后端的被控制设备,进行后续的动作与反馈。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,FC-AE-1553控制指令到达后,ARM处理器接收控制命令后进行解析,将对应的控制命令转换为输出总线类型以及控制命令,将控制命令发送给对应的FPGA芯片A或FPGA芯片B的IP核,然后通过各控制接口输出对应控制信号。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,开关量输入采用光电隔离方式;开关量输出采用光继电器。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,返回数据被FPGA芯片A或FPGA芯片B的IP核接收完成后,将数据存入环形队列,上报中断给ARM处理器,ARM处理器收集到中断后,将数据读取,转换为FC-AE-1553格式,回传给远程控制设备。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,ARM处理器采用ARM处理器采用NXP公司QorlQ系列 LS2088A芯片。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,系统启动完成后,等待FC-AE-1553控制命令和配置信息,如果产生控制命令,对控制命令进行解析,判断控制命令需要执行的指令动作,对应的FPGA芯片A或FPGA芯片B的IP核进行操作。FPGA芯片A或FPGA芯片B被控制后,输出CMOS电平信号,将电平信号转换为对应控制信号;产生配置命令时,ARM处理器对配置命令进行解析,配置自己的工作模式,按照配置寄存器执行周期发送;返回数据被IP核接收完成后,将数据存入环形队列,上报中断给处理器,处理器收集到中断后,将数据读取,转换为FC-AE-1553格式,回传给远程控制设备。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,MIL-STD-1553控制器采用FPGA集成IP核方式,HI-1573 收发器,PM-2762网络变压器,配置为BC、RT和BM。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,MIL-STD-1553协议控制器,收发器和网络变压器构成了 1553B控制电路,用于提供CMOS电平转换为1553B总线端口,可远程配置为BC/BT/BM模式。可以给系统提供MIL-STD-1553B控制功能。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,FPGA芯片A或FPGA芯片B使用Xilinx公司K7系列可编程逻辑器件。
根据本发明的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统的一实施例,其中,CAN收发器选用ADI公司ADM3053,输出链路CAN-H和 CAN-L与控制系统进行磁隔离,并在链路并NUP2105进行ESD保护。
本发明一种FC-AE-1553总线远程控制的处理装置,系统及其具体实现方法和流程,能够实现FC-AE-1553远程控制的控制节点。
附图说明
图1所示为本发明FC-AE-1553总线控制节点设备的系统示意图;
图2所示为本发明FC-AE-1553功能FPGA实现结构框图;
图3所示为各总线功能FPGA实现结构框图;
图4所示为具体实现硬件结构功能框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示为本发明FC-AE-1553总线控制节点设备的系统示意图;图2所示为本发明FC-AE-1553功能FPGA实现结构框图;图3所示为各总线功能FPGA实现结构框图;图4所示为具体实现硬件结构功能框图如图1至图4所示,本发明FC-AE-1553总线控制节点设备的系统包含: ARM高性能嵌入式处理器;FC-AE-1553控制器模块和光模块; MIL-STD-1553协议控制器、收发器和网络变压器;CAN协议控制器和收发器;422协议控制器和收发器;IO输入电路和输出驱动电路; AD采集和DA模拟输出电路。ARM处理器进行控制中各功能调度和数据格式转换功能,进行一定的主动访问,数据处理等功能。 FC-AE-1553控制器模块集成在FPGA芯片A内,用来降低系统使用中 PCIe总线的占用情况,减少PCIe传输压力;其余各通讯控制模块集成在FPGA芯片B内,可以降低板面积,提升集成度,降低成本。
如图1至图4所示,MIL-STD-1553协议控制器,收发器和网络变压器构成了1553B控制电路,用于提供CMOS电平转换为1553B总线端口,可远程配置为BC/BT/BM模式。可以给系统提供MIL-STD-1553B 控制功能。
如图1至图4所示,FPGA芯片B内的CAN协议控制器,收发器构成了CAN2.0控制电路,可以给系统提供CAN2.0控制功能。FPGA芯片B内的422协议控制器,收发器提供了422电平的控制接口,可以用于给系统提供422通讯或者422电平的秒脉冲输入输出功能。FPGA芯片B内的IO驱动电路提供电平信号检测和开关量控制功能。FPGA芯片B内的AD模拟输入,可以将控制中的需要采集的模拟量转换成数字量。FPGA芯片B内的DA模拟输出,配合信号功率放大电路可以将数字信号转换为模拟量控制电平。
如图1至图4所示,系统启动完成后,等待FC-AE-1553控制命令和配置信息,如果产生控制命令,对控制命令进行解析,判断控制命令需要执行的指令动作,对对应的FPGA的IP核进行操作。FPGA的IP 核被控制后,输出CMOS电平信号,收发器将电平信号转换为对应控制信号。产生配置命令时,处理器对配置命令进行解析,配置自己的工作模式,例如当收到CAN周期发送配置命令时,周期性发送配置指令中的通道,周期,发送数据等,填入程序预留的配置寄存器,然后程序在运行后,会按照配置寄存器执行周期发送。返回数据被IP核接收完成后,将数据存入环形队列,上报中断给处理器,处理器收集到中断后,将数据读取,转换为FC-AE-1553格式,回传给远程控制设备。
如图1至图4所示,FC-AE-1553控制指令到达控制节点,ARM处理器接收控制命令后进行解析,将对应的控制命令转换为输出总线类型,控制命令等,将控制命令发送给对应的FPGA的IP核,然后通过各控制接口输出对应控制信号,完成控制。返回数据被FPGA的IP核接收完成后,将数据存入环形队列,上报中断给ARM处理器,ARM 处理器收集到中断后,将数据读取,转换为FC-AE-1553格式,回传给远程控制设备。
如图1至图4所示,节点设备程序预留配置寄存器,可以通过配置配置寄存器,让对应功能的接口周期性进行的发送接收数据,改变配置寄存器参数,可以控制发送的内容和周期。
如图1至图4所示,本发明处理器采用ARM处理器采用NXP公司 QorlQ系列LS2088A芯片,8核心Cortex-A72,工作频率2.0GHz,数据处理能力300Gflops以上。保证系统在数据处理,多任务调度的处理能力。芯片内部集成的控制器,也可以保证接口满足实现本发明。
如图1至图4所示,FC-AE-1553选用FPGA-IP核实现,用PCIe与ARM控制器进行数据互通,FPGA使用Xilinx公司K7系列可编程逻辑器件,内部集成了FC-AE-1553双冗余控制器和GTX控制器软核,软核内部逻辑连接FPGA集成的GTX高速收发器实现对应功能。FPGA 的GPIO端口连接光电耦合器,将FPGA与外部IO控制进行光电隔离,可以控制电平方式驱动的控制信号。
CAN控制器采用FPGA集成IP核方式,收发器选用ADI公司 ADM3053,输出链路CAN-H和CAN-L与控制系统进行磁隔离,并在链路并NUP2105进行ESD保护,保证CAN功能的可靠性。
MIL-STD-1553控制器采用FPGA集成IP核方式,HI-1573收发器, PM-2762网络变压器,可以配置为BC、RT和BM功能,单片可以提供一路双冗余MIL-STD-1553协议接口。
422电平秒脉冲控制器采用FPGA集成IP核方式,收发器采用ADI 公司LTM2881/LTM2882,提供磁隔离422/232控制接口。
开关量输入采用光电隔离方式,使用光耦提升输入的电压范围。
开关量输出采用光继电器,既可以保证控制与驱动两级分开,而且可以有很强的驱动能力,输出电压范围宽。
AD/DA由ADI公司高精度数模/模数转换芯片实现,实现模拟量的采集和输出。信号输入输出时采用运算放大器对信号进行预处理。
如图1至图4所示,当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后,首先根据报文标识判断帧的类型,从而确定转发通道为1553B,解析NC 数据帧的位号可得到转发数据的1553B通道号;同时通过NC数据帧的数据参数字段,参考MIL-STD-1553B协议可得出MIL-STD-1553B数据帧的种类(命令字,数据字或者状态字);依据通信双方的协议规定, MIL-STD-1553B数据帧的数据段内容可由NC数据帧的指令内容解析得到;之后调用MIL-STD-1553B发送函数即可将解析得出的 MIL-STD-1553B数据帧发送至后端的被控制设备,进行后续的动作与反馈。
本发明一种FC-AE-1553总线远程控制的处理装置,系统及其具体实现方法和流程,能够实现FC-AE-1553远程控制的控制节点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,包含:ARM处理器、FC-AE-1553控制器模块、光模块、MIL-STD-1553协议控制器、收发器和网络变压器、CAN协议控制器和收发器、422协议控制器和收发器、IO输入电路和输出驱动电路、AD采集和DA模拟输出电路;ARM处理器用于进行各功能调度和数据格式转换,进行主动访问以及数据处理;FC-AE-1553控制器模块集成在FPGA芯片A内,以降低系统使用中PCIe总线的占用;FPGA芯片B内设置CAN协议控制器、422协议控制器、IO驱动电路、AD模拟输入以及DA模拟输出;
ARM处理器根据报文标识判断帧的类型,从而确定转发通道为1553B,解析NC数据帧的位号得到转发数据的1553B通道号;同时通过数据帧的数据参数字段,参考MIL-STD-1553B协议得出MIL-STD-1553B数据帧的种类;依据通信双方的协议规定,MIL-STD-1553B数据帧的数据段内容由数据帧的指令内容解析得到;之后调用MIL-STD-1553B发送函数将解析得出的MIL-STD-1553B数据帧发送至后端的被控制设备,进行后续的动作与反馈。
2.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,FC-AE-1553控制指令到达后,ARM处理器接收控制命令后进行解析,将对应的控制命令转换为输出总线类型以及控制命令,将控制命令发送给对应的FPGA芯片A或FPGA芯片B的IP核,然后通过各控制接口输出对应控制信号。
3.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,开关量输入采用光电隔离方式;开关量输出采用光继电器。
4.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,返回数据被FPGA芯片A或FPGA芯片B的IP核接收完成后,将数据存入环形队列,上报中断给ARM处理器,ARM处理器收集到中断后,将数据读取,转换为FC-AE-1553格式,回传给远程控制设备。
5.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,ARM处理器采用ARM处理器采用NXP公司QorlQ系列LS2088A芯片。
6.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,系统启动完成后,等待FC-AE-1553控制命令和配置信息,如果产生控制命令,对控制命令进行解析,判断控制命令需要执行的指令动作,对应的FPGA芯片A或FPGA芯片B的IP核进行操作。FPGA芯片A或FPGA芯片B被控制后,输出CMOS电平信号,将电平信号转换为对应控制信号;产生配置命令时,ARM处理器对配置命令进行解析,配置自己的工作模式,按照配置寄存器执行周期发送;返回数据被IP核接收完成后,将数据存入环形队列,上报中断给处理器,处理器收集到中断后,将数据读取,转换为FC-AE-1553格式,回传给远程控制设备。
7.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,MIL-STD-1553控制器采用FPGA集成IP核方式,HI-1573收发器,PM-2762网络变压器,配置为BC、RT和BM。
8.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,MIL-STD-1553协议控制器,收发器和网络变压器构成了1553B控制电路,用于提供CMOS电平转换为1553B总线端口,可远程配置为BC/BT/BM模式。可以给系统提供MIL-STD-1553B控制功能。
9.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于,FPGA芯片A或FPGA芯片B使用Xilinx公司K7系列可编程逻辑器件。
10.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线控制节点设备的系统,其特征在于CAN收发器选用ADI公司ADM3053,输出链路CAN-H和CAN-L与控制系统进行磁隔离,并在链路并NUP2105进行ESD保护。
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