基于PC/104的1553B總線測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

　　隨著我國航空事業(yè)的迅速發(fā)展，各種新型飛機(jī)和發(fā)控設(shè)備相繼研制成功，以往一些測控設(shè)備在功能和性能上已無法滿足新的要求。本測控系統(tǒng)就是在某型飛機(jī)的研制過程中擴(kuò)展出來的一個(gè)功能比較全面的1553總線測控系統(tǒng)，總體上采用了PC/104結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)1553總線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收和發(fā)送，還可以完成多路數(shù)據(jù)的采集及負(fù)載控制。

總體概述及工作原理

　　本系統(tǒng)的主要功能是對外部的電壓電流及負(fù)載I/O信號(hào)進(jìn)行采集測量，并根據(jù)由1553總線傳輸來的飛機(jī)控制設(shè)備發(fā)送的命令字對負(fù)載進(jìn)行控制，對電壓電流及負(fù)載當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并將當(dāng)前數(shù)據(jù)反饋給控制設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)在滿足實(shí)時(shí)高速傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也必須完成對負(fù)載精確的控制，測控過程要能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和顯示，方便操作人員控制及發(fā)送指令。

　　為滿足以上條件，系統(tǒng)主構(gòu)架選用了PC/104的嵌入式模塊，不僅尺寸小、功耗低，而且其堆棧式結(jié)構(gòu)方便了外擴(kuò)設(shè)備。總體上分為采集、處理、通訊三大部分，各部分硬件上通過PC/104總線緊密連接，由上位機(jī)通過以太網(wǎng)總體控制，而軟件上分成獨(dú)立的模塊，實(shí)現(xiàn)各自部分的功能，在實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks下再通過主程序的調(diào)度協(xié)調(diào)起來。

硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)以PC/104體系結(jié)構(gòu)為核心，以1553B總線卡作為與飛機(jī)（或其他發(fā)控設(shè)備）通訊的主要接口，ADT600負(fù)責(zé)電壓電流模擬量和負(fù)載I/O信號(hào)的采集。PC/104可以外擴(kuò)LCD顯示器和鍵盤鼠標(biāo)等外設(shè)，通過以太網(wǎng)與上位機(jī)相連可對測控系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制和過程監(jiān)測，同時(shí)PC/104通過母板外接I/O擴(kuò)展板對負(fù)載進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　SCM/SuperDX是一種高度集成、自棧結(jié)構(gòu)、IBM-PC/AT兼容的PC/104 CPU模塊，它被設(shè)計(jì)成可以方便與其它周邊設(shè)備及模塊構(gòu)成完整系統(tǒng)的核心部件，采用增強(qiáng)型的80486處理器作為CPU，板載有PC/AT兼容的DMA控制器、中斷控制器及定時(shí)器，ROM-BIOS，4M~16M字節(jié)的DRAM及鍵盤，網(wǎng)口等。本系統(tǒng)中，將嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks下載到Campact Flash中以啟動(dòng)PC/104，上位機(jī)通過以太網(wǎng)與PC/104相連，通過網(wǎng)絡(luò)加載將程序加載到PC/104的RAM中執(zhí)行，上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和程序控制，PC/104的LCD顯示屏可以實(shí)時(shí)顯示測試數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)傳輸狀況。

　　采集卡選用SBS公司的ADT600，它與PC/104完全兼容，最多提供十六個(gè)模擬輸入通道，通過71055的可編程外圍接口（PPI）提供24路數(shù)字量I/O線。模擬量輸入的量程可用跳線器選為?5~+5V，?10~+10V，0~10V，并帶有+/?35V的過壓保護(hù)。本系統(tǒng)的模擬量是電壓電流信號(hào)，量程選擇?5~+5V。而I/O通道通過71055的PPI設(shè)置為方式0的基本輸入輸出，采集卡和調(diào)理板調(diào)理電路硬件連接圖如圖2、3所示。

　　電壓、電流模擬量的采集應(yīng)注意數(shù)字地和模擬地的分離，以減小干擾，最后通過磁珠單點(diǎn)相連，而I/O電路將電壓/地的數(shù)字I/O信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為采集卡輸入電壓范圍的地/開路信號(hào)。

　　1553B通訊卡選用SBS公司的ASF-PC104-XT-1，該卡能實(shí)現(xiàn)PC/104總線和1553B總線的轉(zhuǎn)換，是一款智能MIL-STD-1553的板卡，支持MIL-STD-1553A和MIL-STD-1553B協(xié)議，適用于PC/104底板，可以工作在BC模式、RT模式、BM模式及并發(fā)BM模式，實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端之間的快速通信。它具有以下高級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有高速可編程邏輯裝置用于以字為單位的底層1553協(xié)議的編解碼；采用TI公司的DSP用于信息級(jí)和底層1553協(xié)議的處理；具有128K字節(jié)的高速靜態(tài)雙端口RAM用于信息緩存；配合底板接口的高速可編程邏輯電路(ASIC設(shè)計(jì))；板上提供標(biāo)準(zhǔn)的和IRIG時(shí)間碼相關(guān)的高級(jí)計(jì)時(shí)電路；配套的軟件接口庫為1553和429設(shè)備管理提供擴(kuò)展功能。

　　由于SCM/SuperDX提供的I/O資源有限，因此，采集卡ADT600和1553B通訊卡的I/O地址的合理選擇就十分重要，以避免沖突以及在調(diào)試時(shí)產(chǎn)生不必要的麻煩，SCM/SuperDX的I/O地址分配如表1所示。ADT600模塊要占據(jù)十二個(gè)連續(xù)的I/O口的位置，基地址由DIP開關(guān)選擇，而ASF-PC/104卡需要主機(jī)為其分配未經(jīng)使用的8塊連續(xù)的地址寄存器，考慮以上因素，選取ADT600的基地址為300h，ASF-PC/104為390h。

軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要包括底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)的編寫、系統(tǒng)任務(wù)的劃分及優(yōu)先級(jí)的設(shè)定。操作系統(tǒng)選用VxWorks，以充分滿足1553B實(shí)時(shí)通訊的要求，系統(tǒng)總體軟件主流程圖如圖4所示。系統(tǒng)啟動(dòng)之后執(zhí)行主程序進(jìn)行自檢測和AD/1553板卡的初始化，若失敗則報(bào)錯(cuò)，將錯(cuò)誤信息顯示在顯示屏上，成功后創(chuàng)建主任務(wù)并執(zhí)行，包括數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送和接受及解析命令控制字并執(zhí)行，主程序?qū)⒀h(huán)執(zhí)行，直到上位機(jī)發(fā)送停止程序的控制命令。