基于1553b總線的控制計(jì)算機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種主要應(yīng)用于工業(yè)控制和系統(tǒng)管理，針對特種裝備應(yīng)用的嵌入式計(jì)算機(jī)，特別是基于1553B總線的嵌入式控制計(jì)算機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]今天，個人計(jì)算機(jī)一詞則泛指所有的個人計(jì)算機(jī)、如桌上型計(jì)算機(jī)、筆記型計(jì)算機(jī)、或是兼容于IBM系統(tǒng)的個人計(jì)算機(jī)等。嵌入式計(jì)算機(jī)通常是一個緊湊的的可編程的平臺，專門用來完成特殊的計(jì)算或處理任務(wù)。相比普通的一臺完整的PC，嵌入式計(jì)算機(jī)顯然更靈活，更適用于一些特殊的應(yīng)用場合。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn):
1.嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。
[0003]2.嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。
[0004]3.嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力。
[0005]4.嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。
[0006]5.為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。
[0007]6.嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。
[0008]嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不稱之為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于PC中b1s的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨(dú)立工作的“器件”。嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如掌上PDA、MP3、可視電話、路由器，MODEM、移動計(jì)算設(shè)備、電視機(jī)頂盒、手機(jī)上網(wǎng)、數(shù)字電視、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、多媒體、汽車電子:ABS(防死鎖剎車系統(tǒng))、供油噴射控制系統(tǒng)、車載GPS、微波爐、家庭自動化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動售貨機(jī)、蜂窩式電話、消費(fèi)電子設(shè)備、辦公設(shè)備:打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀、工業(yè)控制:各種自動控制設(shè)備、工業(yè)自動化儀表與醫(yī)療儀、軍事領(lǐng)域:夜視掃描、全球定位、指揮通信器等。嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括處理器/微處理器、存儲器及外設(shè)器件和i/o端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質(zhì)，而大多使用eprom、eeprom或閃存(flash memory)作為存儲介質(zhì)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(要求實(shí)時和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備4個特點(diǎn):(I)對實(shí)時和多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間減少到最低限度；(2)具有功能很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能，這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能，同時也有利于軟件診斷；(3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地?cái)U(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的嵌入式微處理器；
(4)嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，功耗只能為mw甚至μ w級。嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)(包括硬、軟件系統(tǒng))極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等Browser。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護(hù)中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，它需要確定嵌入式系統(tǒng)的總體構(gòu)架，從功能上對軟硬件進(jìn)行劃分。在此基礎(chǔ)上，確定嵌入式系統(tǒng)的硬件選型(主要是處理器選型)，操作系統(tǒng)的選擇和開發(fā)環(huán)境的選擇。
[0009]1553B總線最初是作為一種命令與控制式總線標(biāo)準(zhǔn)被開發(fā)的。為當(dāng)前航電設(shè)備的首選通訊總線，其地位日益突出，素有“一網(wǎng)蓋三軍”之說。1553B總線又稱MILSTD1553B總線，是美國軍方專為飛機(jī)上設(shè)備制定的一種信息傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)，也就是設(shè)備間傳輸?shù)膮f(xié)議。而每個國家根據(jù)本國的情況，并參考美國的標(biāo)準(zhǔn)制定出自己的總線協(xié)議。而相關(guān)的公司又根據(jù)本同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出相應(yīng)的總線接口模塊。采用數(shù)字式指令/響應(yīng)式時分制多路傳輸技術(shù)，是指令傳送和數(shù)據(jù)交互的重要途徑和保障。MIL-STD-1553B是一種集中控制式、飛機(jī)內(nèi)部時分指令/響應(yīng)型多路串行數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，具有高可靠性和靈活性，已經(jīng)成為現(xiàn)代航空機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備互聯(lián)的關(guān)鍵，廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、坦克等武器平臺上，并逐漸應(yīng)用到民用的領(lǐng)域中。在航空電子系統(tǒng)中，通過1553B總線可連接多達(dá)32個子系統(tǒng)(或稱終端RT)，完成各子系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的集中控制和顯示。而1553B總線系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部分是總線接口芯片。為了提高可靠性，一般都采用雙余度總線結(jié)構(gòu)。由于1553B總線數(shù)據(jù)速率高、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)類型多、處理要求多樣，使得總線數(shù)據(jù)處理成為現(xiàn)代飛機(jī)試飛數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的可靠性直接影響到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，總線故障甚至?xí)斐呻y以估計(jì)的損失。1553B總線能夠掛32個終端，采用指令/響應(yīng)型通信協(xié)議，終端類型有三種:總線控制器(BC)、遠(yuǎn)程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM)，信息傳輸格式有BC到RT，RT到BC，RT到RT，廣播模式和系統(tǒng)控制模式。作為1553B總線數(shù)據(jù)的傳輸媒介，1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)為多冗余度總線拓?fù)湫徒Y(jié)構(gòu)，連接于各個1553B終端設(shè)備之間，完成1553B協(xié)議數(shù)據(jù)通信。一個完整的1553B電纜網(wǎng)絡(luò)(如圖1所示)包括主總線(主干部分)、短接線(連接于各個終端的分支部分)、耦合器(主總線與短接線的連接點(diǎn))、終止器(連接于主總線兩端)。目前嵌入式計(jì)算機(jī)大多以PowerPC，ARM等處理器為主，屬于精簡指令集處理器，其存在復(fù)雜指令執(zhí)行效率低的缺點(diǎn)，通信總線采用CAN總線、RS485總線等工業(yè)/商業(yè)級總線，其可靠性一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明為解決計(jì)算能力問題和通信總線可靠性問題，本發(fā)明提供一種具有通用性、環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性和抗震動性的嵌入式控制計(jì)算機(jī)。
[0011]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種基于1553B總線的嵌入式控制計(jì)算機(jī)包括:采用1/2ATR密閉式加固型電子箱、側(cè)邊四周開導(dǎo)熱槽、航空插座接口、內(nèi)部預(yù)留3個6U和I個3U的CompactPCI插槽，采用第三代Intel Core i7系列處理器和Mobile Intel QM77Express芯片組架構(gòu)的6U CompactPCI加固傳導(dǎo)散熱型的單板計(jì)算機(jī)、采用1553B航空總線標(biāo)準(zhǔn)具有BC、RT、BM多功能的6U CompactPCI的總線接口板、采用隔離DC/DC模塊，200W功率，3U CompactPCI加固傳導(dǎo)散熱型的電源模塊和采用3槽32位6UCompactPCI和I槽3U，基于標(biāo)準(zhǔn)PCI總線的CompactPCI背板，其特征在于:CompactPCI背板安裝在1/2ATR機(jī)箱底面，且把CompactPCI背板的外部信號線和電源線用排線方式連接到機(jī)箱的航空插座接口上，總線接口板采用數(shù)字信號處理器DSP加現(xiàn)場可編程門陣列FPGA架構(gòu)，單板計(jì)算機(jī)和總線接口板插入2個6U CompactPCI插槽，電源模塊插入3UCompactPCI插槽的CompactPCI背板上，電源模塊給單板計(jì)算機(jī)和總線接口板供電，單板計(jì)算機(jī)和總線接口板之間采用32位CompactPCI總線進(jìn)行通信，數(shù)字信號處理器DSP通過內(nèi)部總線與現(xiàn)場可編程門陣列FPGA的1553B IP核進(jìn)行通信，將CompactPCI總線采用后走線方式連接到A型連接器Jl、B22型連接器J2、1553B的A通道和B通道接口，后走線通過B22型連接器J5和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA完成1553B總線的起始位、校驗(yàn)位產(chǎn)生和指令應(yīng)答1553B協(xié)議層的封裝，1553B接口驅(qū)動電路和變壓器電路完成1553B總線的物理層鏈接。
[0012]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0013]本發(fā)明把CompactPCI背板安裝在1/2ATR機(jī)箱底面，且把CompactPCI背板的外部信號線和電源線用排線方式連接到機(jī)箱的航空插座接口上，再將單板計(jì)算機(jī)和總線接口板插入2個6U CompactPCI插槽，電源模塊插入3U CompactPCI插槽的CompactPCI背板上具有高可靠性和抗震動性。
[0014]本發(fā)明采用高性能第三代Intel Core i7系列處理器作為核心處理器提高計(jì)算處理能力，采用1553B航空總線作為通信總線提高通信可靠性。本發(fā)明采用全密閉式加固電子機(jī)箱，被動導(dǎo)熱式散熱和航空插座接口，提高了環(huán)境適應(yīng)性，。
[0015]本發(fā)明通過電源模塊給單板計(jì)算機(jī)和總線接口板供電，單板計(jì)算機(jī)和總線接口板之間采用32位CompactPCI總線進(jìn)行通信符合CompactPCI工業(yè)規(guī)范，具有通用性。
【附圖說明】
[0016]下圖結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所屬的實(shí)施例范圍之中。
[0017]圖1是本發(fā)明基于1553B總線的嵌入式控制計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)框架示意圖。
[0018]圖2是圖1總線接口板原理圖。
[0019]圖3是圖1單板計(jì)算機(jī)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
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