基于AS5464協(xié)議的飛行管理仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為了使IEEE 1394在軍事和飛行器中的安全關(guān)鍵／任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)中應(yīng)用，對(duì)IEEE 1394協(xié)議的擴(kuò)展和約束。提出一種基于AS5463協(xié)議的飛行管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，探討了AS5463協(xié)議在飛管總線中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)及可能性。仿真系統(tǒng)硬件通過AS5463協(xié)議通信卡及工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，軟件通過模塊化設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)。通信仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的傳送、處理，以及相關(guān)信息的實(shí)時(shí)顯示。測(cè)試表明，飛行管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)工作正常、性能良好，能實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備之間高速率的數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換，具有良好的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：飛行管理；AS5463協(xié)議；AS5463協(xié)議通信卡；通信仿真系統(tǒng)

在飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備中，系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和部件之間存在著大量信息需要傳遞。這些信息要求通信實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，同時(shí)在機(jī)載設(shè)備中希望飛行管理系統(tǒng)控制起來更加靈活，與其他子系統(tǒng)通信更加合理，所以應(yīng)盡量降低飛行管理系統(tǒng)中電氣連線的復(fù)雜性，那么選用一種合適的總線來承擔(dān)此任務(wù)是至關(guān)重要的。使用AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線其設(shè)計(jì)思想獨(dú)特、性能優(yōu)良并且可靠性極高，可以很好完成上述任務(wù)，所以將基于AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線應(yīng)用在飛行管理系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)中，可以說是對(duì)于航空領(lǐng)域應(yīng)用的一次新的嘗試。本文遵循AS5643協(xié)議，傳輸總線采用IEEE 1394總線，仿真機(jī)的通信系統(tǒng)采用工控機(jī)子系統(tǒng)，其整個(gè)通信系統(tǒng)拓?fù)洳捎每偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該模型可用于仿真飛機(jī)某些子系統(tǒng)的功能、估算總線性能情況，測(cè)試仿真系統(tǒng)的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性，為基于AS5643協(xié)議的IEEE1394總線在航空領(lǐng)域的應(yīng)用提供案例。

1 仿真系統(tǒng)的功能
基于AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線飛行管理仿真系統(tǒng)分為CC(控制計(jì)算機(jī))，RN(遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn))和BM(總線監(jiān)控)三個(gè)子系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，并能夠根據(jù)用戶需求設(shè)置各種系統(tǒng)通信參數(shù)，諸如發(fā)送方式、通信方式、通信速率、周期、定時(shí)等，顯示仿真通信參數(shù)、本機(jī)參數(shù)、定時(shí)信息、心跳字信息、系統(tǒng)參數(shù)等，實(shí)時(shí)更新展示系統(tǒng)接收的最新數(shù)據(jù)，保存通信數(shù)據(jù)?；贏S5643協(xié)議的IEEE 1394通信總線仿真系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成。軟件的主要功能是根據(jù)相應(yīng)工作狀態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示以及傳輸。硬件主要包括PCI_1394，PCIE_1394，CPCL1394，USB_1394通信接口板、仿真計(jì)算機(jī)及IEEE 1394總線等，該總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。典型的基于AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線的三余度飛行管理仿真系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 仿真系統(tǒng)的功能
整個(gè)仿真系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分是AS5643協(xié)議通信卡，主要由三大部分組成，包括PCI／PCI-E總線接口部分、通信控制部分和IEEE 1394總線接口部分。其電路設(shè)計(jì)的原理框圖如圖2所示。其中使用PCI9052作為PCI協(xié)議通信芯片，使用PLX8111作為PCI-E協(xié)議通信芯片，并使用512 MB RAM來緩存數(shù)據(jù)。

2．1 硬件設(shè)計(jì)
AS5643協(xié)議通信卡的特性包括以下幾點(diǎn)：
(1)采用FPGA處理AS5643協(xié)議，設(shè)計(jì)更加靈活，通過更改FPGA邏輯就可以實(shí)現(xiàn)CC／RN／BM節(jié)點(diǎn)功能，而且處理速度更快；
(2)應(yīng)用API操作接口簡(jiǎn)潔，上層應(yīng)用只需實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)啟動(dòng)停止，數(shù)據(jù)填充等基本操作；
(3)為提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，AS5643協(xié)議全部通過硬件邏輯實(shí)現(xiàn)；
(4)FPGA在邏輯設(shè)計(jì)保留多種通信接口，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù)。
FPGA器件選型時(shí)充分考慮AS5643協(xié)議處理要求，從邏輯規(guī)模、資源等方面綜合評(píng)估，選用Xilinx公司高速芯片。
2．2 硬件實(shí)現(xiàn)
AS5643協(xié)議通信卡設(shè)計(jì)由三部分組成，便于根據(jù)需要進(jìn)行接口變更，包括：PCI／PCIE／USB／CPCI母卡、FPGA子卡和鏈路物理層子卡。CC／RN／BM上的AS5643協(xié)議功能由FPGA子卡上的邏輯實(shí)現(xiàn)。同時(shí)鏈路物理層子卡上的物理層芯片TSB41BA3B和鏈路層芯片TSB12LV32由FPGA子卡操縱，實(shí)現(xiàn)IEEE 1394的物理層特性和鏈路層規(guī)程。而PCI／PCIE／USB／CPCI接口控制、AS5643協(xié)議、配置表的硬件加載、硬件邏輯自測(cè)試和健康監(jiān)控等功能由FPGA實(shí)現(xiàn)，其原理框圖如圖2所示。