基于cPCI總線的遙測前端處理器系統(tǒng)設(shè)計

基于cPCI總線的嵌入式遙測前端處理器系統(tǒng)設(shè)計

時間：2014-06-04 來源： 作者：

按照數(shù)據(jù)采集方案的格式要求，預(yù)先由處理器進行初始化設(shè)置，包括幀同步碼組、同步碼組的長度和允許同步碼組的錯誤位數(shù)。隨著時間的推移，PCM數(shù)據(jù)在CLDCK信號的控制下，逐位進入移位寄存器，移位寄存器的輸出數(shù)據(jù)進入比較器，隨時與幀同步碼組進行比較，在同步碼組長度邏輯的控制下，一旦檢測到可能的同步碼組，則比較器輸出同步信號，該同步信號還必須由判決器來進行判決才能決定其是否有效。其方法是：預(yù)先設(shè)置允許的錯誤容限也就是允許的錯誤位數(shù)，然后根據(jù)比較器的輸出信號是否滿足錯誤容限的要求來決定真正的同步信號的輸出。幀同步信號的產(chǎn)生為整個PCM分路器板提供了最基本、最重要的時序依據(jù)。

幀同步策略是PCM分路的關(guān)鍵技術(shù)之一，其意義在于最大限度地解決數(shù)據(jù)傳輸過程中造成的“漏同步”和“假同步”現(xiàn)象，以降低誤碼率，進一步提高數(shù)據(jù)檢測的可靠性和有效性。一種基本的且經(jīng)實踐檢驗行之有效的幀同步策略是：在幀同步檢測完成后，按照PCM格式定義的PCM字長和幀長，連續(xù)找到幾個(一般為3個) 相匹配的同步碼組后，即認(rèn)為幀確為同步。

幀同步策略的邏輯實現(xiàn)如圖4所示。由圖4可以看出，幀同步的正確性可以依據(jù)以下條件：

(1)同步碼組的正確性。

(2)幀長的正確性(通過幀長計數(shù)器與幀長預(yù)置值的比較實現(xiàn))。

(3)同步、檢測和失步的判別。不同的設(shè)計者可采用不同的方法，目的是消除假同步和漏同步的影響?？梢圆扇∫韵路椒ǎ喝舯容^器連續(xù)出現(xiàn)3個相等值時同步，當(dāng)有一個不等值時，進入檢測狀態(tài);而當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)3個不等值或檢測一定時間后不能同步時，則進入失步狀態(tài)。

以上解決了幀同步的問題，也就是找到了每一幀的起止位置。然而，每一幀的各數(shù)據(jù)字在特定的測試方案中又不可能相同，如何來確定某個參數(shù)字在哪一幀的哪個位置?幀同步以后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_位置是否可靠?這就是子幀同步要解決的問題。多年來，國內(nèi)外廣泛采用的于幀同步方式為ID同步方式。

子幀同步策略是PCM分路的另一關(guān)鍵技術(shù)，其意義在于：在幀同步的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)的可靠性作進一步的容錯檢測。一種常用的且經(jīng)實踐檢驗較為可靠的子幀同步策略是：連續(xù)檢查幾個子幀數(shù)據(jù)(一般為3個)，其子幀同一位置的ID字如果相同或相鄰子幀相應(yīng)的ID字連續(xù)，則判決為子幀同步，否則子幀不同步。

子幀同步策略邏輯實現(xiàn)如圖5所示。由圖5可以看出，子幀同步與策略的正確性依據(jù)以下條件：

(1)ID字位置及其值的正確性(如過零檢測)。

(2)子幀長的正確性(通過子幀長與幀計數(shù)器值的比較判斷)。

(3)同步、檢測和失步的判別，方法與幀同步策略類似。

在本設(shè)計中，雙PCM幀同步檢測、幀/子幀同步策略均通過CPLD邏輯器件實現(xiàn)，不僅提高了設(shè)計的集成度，而且提高了系統(tǒng)的可靠性及其性能，使每路PCM分路速率達到20Mbps的國際先進水平。

4 軟件平臺選擇及軟件組成

目前常用的遙測前端處理器操作系統(tǒng)有Windows2000和VxWorks二種。Windows2000通用、軟件資源豐富、易于使用和擴展;而 VxWorks是一個用途廣泛的實時操作系統(tǒng)，具有良好的實時性、可靠性和可裁減性。根據(jù)遙測數(shù)據(jù)處理的實際需求，本設(shè)計選用了Windows2000，程序設(shè)計語言選用C++。

遙測前端處理器軟件組成與實時數(shù)據(jù)處理流程框圖如圖6所示。

圖6 遙測前端處理器軟件組成與實際工資時數(shù)據(jù)處理流程

遙測前端處理器中的軟件由PCM數(shù)據(jù)采集、參數(shù)提取、工程單位轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)合并與導(dǎo)參數(shù)計算、報警參數(shù)處理、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)分配等模塊組成。其中，采集、參數(shù)提取、工程單位轉(zhuǎn)換模塊與數(shù)據(jù)流相對應(yīng)，每個數(shù)據(jù)流單獨一套。PCM數(shù)據(jù)經(jīng)采集后，接事先定義對參數(shù)進行提取、工程單位轉(zhuǎn)換和必要的處理、存儲。按事先設(shè)置，需要模擬輸出的數(shù)據(jù)直接由D/A板輸出，通過網(wǎng)絡(luò)把工程單位數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)傳輸給工作站，由工作站完成遙測數(shù)據(jù)的各種方式的可視化顯示和飛行試驗專用數(shù)據(jù)分析與處理。

基于cPCI總線的新一代嵌入式遙測前端處理器的設(shè)計和實現(xiàn)，使遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的集成更加容易。其20Mbps的速率、雙路PCM數(shù)據(jù)的分路和實時處理能力?？蓾M足現(xiàn)代軍、民機飛行試驗遙測數(shù)據(jù)處理要求。它的應(yīng)用使我國的飛行試驗遙測數(shù)據(jù)處理技術(shù)水平得到很大的提升。同時，cPCI總線的加固特性，使以嵌人式遙測前端處理器為核心而組成的實時遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，滿足了運輸類飛機機載要求和地面車載環(huán)境要求，拓寬了遙測前端處理器在軍工試驗和民用工業(yè)試驗等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍，有著廣闊的應(yīng)用前景。