基于cPCI總線的遙測(cè)前端處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于cPCI總線的嵌入式遙測(cè)前端處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

時(shí)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(jìn)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(cuò)誤位數(shù)。隨著時(shí)間的推移，PCM數(shù)據(jù)在CLDCK信號(hào)的控制下，逐位進(jìn)入移位寄存器，移位寄存器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入比較器，隨時(shí)與幀同步碼組進(jìn)行比較，在同步碼組長度邏輯的控制下，一旦檢測(cè)到可能的同步碼組，則比較器輸出同步信號(hào)，該同步信號(hào)還必須由判決器來進(jìn)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(cuò)誤容限也就是允許的錯(cuò)誤位數(shù)，然后根據(jù)比較器的輸出信號(hào)是否滿足錯(cuò)誤容限的要求來決定真正的同步信號(hào)的輸出。幀同步信號(hào)的產(chǎn)生為整個(gè)PCM分路器板提供了最基本、最重要的時(shí)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(jìn)一步提高數(shù)據(jù)檢測(cè)的可靠性和有效性。一種基本的且經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)行之有效的幀同步策略是：在幀同步檢測(cè)完成后，按照PCM格式定義的PCM字長和幀長，連續(xù)找到幾個(gè)(一般為3個(gè)) 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(shí)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(jì)數(shù)器與幀長預(yù)置值的比較實(shí)現(xiàn))。

(3)同步、檢測(cè)和失步的判別。不同的設(shè)計(jì)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(gè)相等值時(shí)同步，當(dāng)有一個(gè)不等值時(shí)，進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài);而當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)3個(gè)不等值或檢測(cè)一定時(shí)間后不能同步時(shí)，則進(jìn)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(cè)試方案中又不可能相同，如何來確定某個(gè)參數(shù)字在哪一幀的哪個(gè)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(duì)數(shù)據(jù)的可靠性作進(jìn)一步的容錯(cuò)檢測(cè)。一種常用的且經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)較為可靠的子幀同步策略是：連續(xù)檢查幾個(gè)子幀數(shù)據(jù)(一般為3個(gè))，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(shí)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(cè))。

(2)子幀長的正確性(通過子幀長與幀計(jì)數(shù)器值的比較判斷)。

(3)同步、檢測(cè)和失步的判別，方法與幀同步策略類似。

在本設(shè)計(jì)中，雙PCM幀同步檢測(cè)、幀/子幀同步策略均通過CPLD邏輯器件實(shí)現(xiàn)，不僅提高了設(shè)計(jì)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(dá)到20Mbps的國際先進(jìn)水平。

4 軟件平臺(tái)選擇及軟件組成

目前常用的遙測(cè)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(kuò)展;而 VxWorks是一個(gè)用途廣泛的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有良好的實(shí)時(shí)性、可靠性和可裁減性。根據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)處理的實(shí)際需求，本設(shè)計(jì)選用了Windows2000，程序設(shè)計(jì)語言選用C++。

遙測(cè)前端處理器軟件組成與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理流程框圖如圖6所示。

圖6 遙測(cè)前端處理器軟件組成與實(shí)際工資時(shí)數(shù)據(jù)處理流程

遙測(cè)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(jì)算、報(bào)警參數(shù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(duì)應(yīng)，每個(gè)數(shù)據(jù)流單獨(dú)一套。PCM數(shù)據(jù)經(jīng)采集后，接事先定義對(duì)參數(shù)進(jìn)行提取、工程單位轉(zhuǎn)換和必要的處理、存儲(chǔ)。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(cè)數(shù)據(jù)的各種方式的可視化顯示和飛行試驗(yàn)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(cè)前端處理器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使遙測(cè)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(shí)時(shí)處理能力?？蓾M足現(xiàn)代軍、民機(jī)飛行試驗(yàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)處理要求。它的應(yīng)用使我國的飛行試驗(yàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)水平得到很大的提升。同時(shí)，cPCI總線的加固特性，使以嵌人式遙測(cè)前端處理器為核心而組成的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，滿足了運(yùn)輸類飛機(jī)機(jī)載要求和地面車載環(huán)境要求，拓寬了遙測(cè)前端處理器在軍工試驗(yàn)和民用工業(yè)試驗(yàn)等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍，有著廣闊的應(yīng)用前景。