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嵌入式SoC芯片S698-T的飞参采集器设计

2018年02月07日 08:49 次阅读

随着我国航空业的发展,我国自主设计的飞机越来越多的飞行在天空中,为了记录监控飞机飞行过程中,飞机各种设备的参数,就需要飞行参数记录仪器进行实时记录。而飞机上设备种类、接口类型、信号种类都比较多,而为了满足多种飞机型号的需求,就需要将飞行参数采集器设备的尺寸做的比较小,使得大飞机和小飞机都能够使用。

为了满足上述要求,最好的使用方式,就是采用一款具有多种功能模块的芯片来进行开发设计,这样可以避免采用多款单独的功能芯片设计造成设备尺寸过大,系统协调性较差的情况。S698-T芯片是珠海欧比特控制工程股份有限公司自主研发设计的以SPARC V8(IEEE-1754)架构为标准的32位RISC整数单元IΜ为主控内核,配以IEEE-754标准的64位双精度浮点处理单元FPΜ。采用130 nmCMOS工艺制造及使用BGA352封装形式的高性能、高可靠性、高集成度的嵌入式SoC芯片。S698-T内部还集成了1553B总线控制器、ARINC429总线控制器、CAN总线控制器、多功能IO接口、ΜART接口、在线硬件调试支持单位DSΜ、DAC模块、ADC模块等多种功能模块。

1 飞参采集器硬件设计

飞参采集器的主要功能:完成输入通道参数的高精度采集工作,并按一定的格式输出到记录器;通过以太网接口连接上位机可完成参数配置、履历设置、数据校准、数据卸载等功能;采集器内部带有实时时钟,采集结果数据带有时钟信息;具有8路高速采样通道,这8个通道在调试模式下,可作为虚拟示波器使用,在采集模式下,可对信号正常采集;通过CAN总线可级联设备扩展采集通道;产品支持上电自检、周期自检和维护自检,并能够记录并报告自检测信息,方便定位故障;产品考虑EMI、EMC设计,提高产品的抗电磁干扰能力。

采集器采用模块化设计,其总体框图如图1所示。采集器由六部分组成:电源模块、主控模块、开关量信号采集模块、模拟量信号采集模块、交流信号采集模块、母板。

图1 产品整机组成框图

其中电源模块主要实现DC-DC电源转换,为产品中其他功能模块提供稳定的电源。

主控模块集成了系统控制器、航空总线接口(包括1553B总线接口、ARINC429总线接口、CAN总线接口、RS422接口、RS232总线接口、以太网总线接口)以及板载缓存等模块。

开关量信号采集模块主要完成90路开关信号的采集。

模拟量信号采集模块主要完成5路耗油信号、5路0~100 mV模拟信号、5路-10~10V直流差分信号、30路±35 V直流信号、10路±200 V直流信号、8路高速采样功能、8路频率信号和10路电流比计信号的采集。

交流信号采集模块主要是完成6路36~380 V交流模拟信号以及6路三相交流同步器信号的采集。

采集器采用模块化设计,除电源模块之外,主控模块直接通过并行总线控制其他三个功能模块,所有参数配置,采集结果数据帧组合都是在主控板完成,主控板提供以太网接口用于与上位机通讯,进行参数配置、分析检查采集时的数据导出以及高速采集通道的数据上传,同时提供RS422接口,用于将采集结果数据传送到记录器。

母板主要用于实现对外接口和各个功能模块之间的连接以及功能模块之间的互连。

2 FPGA设计实现

采集器中有4个功能模块涉及到FPGA设计。

主控模块功能框图如图2所示:

图2 主控模块功能框图

主控模块的FPGA主要实现以下功能模块:

² 1路HDLC总线接口控制器,要求发送FIFO为1024 Byte,接收FIFO为64 Byte;

² 2路RS232总线控制器,要求发送FIFO为64 Byte,接收FIFO为1024 Byte;

² 4路RS422总线控制器,要求发送FIFO为64 Byte,接收FIFO为1024 Byte。

FPGA与S698T之间通过并行总线(地址、数据以及控制信号)进行通讯,FPGA内部需要具备并行总线控制接口;

² 16路GPIO接口;

² 板载缓存FLASH JKFC2G08VS48MM控制接口;

² 通道配置信息存储器EEPROM AT24C16A控制接口;

² RTC时钟芯片接口;

² 1路FPGA自身心跳脉冲输出。

该FPGA上电工作流程为:上电-》读取通道配置信息存储器EEPROM-》根据配置信息(各总线接口的参数包括波特率、奇偶校验等)设置各个总线接口的参数,并使能总线接口处于接收状态-》等待S698T把接收在缓存的数据读走;

开关量信号采集模块功能框图如图3所示。

图3 开关量信号采集模块功能框图

开关量信号采集模块的FPGA主要实现以下功能模块:

² ADC芯片ADS8555SPM 接口,该接口需要缓存空间,用于缓存ADC的采集结果;

² 通道选择开关MAX354接口;

² 16路GPIO(用于控制采集通道输入范围的电阻选择);

² 通道配置信息存储器EEPROM AT24C16A控制接口;

² 1路FPGA自身心跳脉冲输出;

² 开关量信号采集的各种滤波算法;

该FPGA上电工作流程为:上电-》读取通道配置信息存储器EEPROM-》根据配置信息(通道是否使能、通道输入范围(根据范围决定该通道是否加上拉电阻))设置通道的硬件-》开始每0.1 μs轮询一个通道的采集结果并缓存起来-》等待S698T把缓存的数据读走;

模拟信号采集模块功能框图如图4所示。

图4 模拟信号采集模块功能框图

模拟信号采集模块的FPGA主要实现以下功能模块:

² ADC芯片ADS8555SPM 接口,该接口需要缓存空间,用于缓存ADC的采集结果;

² 通道选择开关MAX354接口;

² 电流比测试量程控制开关MAX335MRG接口;

² 测频控制模块,支持8通道输入(8选1输入);

² 通道配置信息存储器EEPROM AT24C16A控制接口;

² 1路FPGA自身心跳脉冲输出;

² 模拟量采集的滤波算法;

由于采集通道的数据采集完全由FPGA控制完成(包括采集流程),所以该FPGA上电工作流程为:上电-》读取通道配置信息存储器EEPROM-》根据配置信息(通道是否使能、通道输入范围)设置通道的硬件-》开始每0.1 μs轮询一个通道的采集结果并缓存起来-》等待S698T把缓存的数据读走;

交流信号采集模块结构框图如图5所示,主要完成以下功能:

图5 交流信号采集模块功能框图

² 自整角机—数据转换器芯片AD2S44接口,该接口需要缓存空间,用于缓存ADC的采集结果;

² 交流信号采集芯片MCP3903接口;

² 通道配置信息存储器EEPROM AT24C16A控制接口;

² 1路FPGA自身心跳脉冲输出;

² 交流信号采集的滤波算法;

该FPGA上电工作流程初定为:上电-》读取通道配置信息存储器EEPROM-》根据配置信息(通道是否使能等)设置通道的硬件-》开始每0.1 μs轮询一个通道的采集结果并缓存起来-》等待S698T把缓存的数据读走;

3 结论

通过板级调试及实验表明:基于S698-T的飞参采集器设计完全满足实际应用需求,目前该型飞参采集器已大量使用在实际产品中。

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发表于 2018-03-12 09:48 2949次阅读
FPGA控制的无人机电源管理系统

操作系统的内核都是用C语言写的_这不全是嵌入式选...

以一个人从A地到B地为例,面向过程就是需要规划路线,了解路况,自己做好一系列的准备;而面向对象就是坐...

发表于 2018-03-11 20:03 286次阅读
操作系统的内核都是用C语言写的_这不全是嵌入式选...

一位以linux为例的嵌入式大神的学习心得总结(...

嵌入式分为广义和狭义两种。广义的嵌入式就是片上系统(system on a chip),包括单片机、...

发表于 2018-03-09 16:27 477次阅读
一位以linux为例的嵌入式大神的学习心得总结(...

指纹识别在嵌入式IoT系统中的实现和设计要点

作者:上海润欣科技股份有限公司创研社 前言 随着指纹识别在智能手机上面的普及,指纹识别技术在越来越多...

发表于 2018-03-09 10:08 822次阅读
指纹识别在嵌入式IoT系统中的实现和设计要点

三种常见嵌入式设备通信协议

嵌入式设备与PC通讯的通信协议设计经验 嵌入式设备在运行中需要设置参数,这个工作经常由PC机来实现。

发表于 2018-03-06 10:06 811次阅读
三种常见嵌入式设备通信协议

还不错!装有移动设备和嵌入式设备的神经网络机器学...

Arm宣布推出神经网络机器学习(ML) 软件 Arm NN,这只是第一步,我们还计划添加其他高级神经...

发表于 2018-03-06 09:26 440次阅读
还不错!装有移动设备和嵌入式设备的神经网络机器学...

网民对嵌入的了解

人觉得其实互联网中真正有技术含量的就是后台开发,包括集群架构与优化,分布式系统和云计算等,

发表于 2018-03-05 16:28 93次阅读
网民对嵌入的了解

三道嵌入式Linux复习题

题一:在大多数linux发行版本中,以下哪个属于块设备 (block devices) ? a....

发表于 2018-03-05 15:28 122次阅读
三道嵌入式Linux复习题

《通过SensorTile了解嵌入式系统》

SensorTile包括5个实用的MEMS传感器,

发表于 2018-03-05 14:32 139次阅读
《通过SensorTile了解嵌入式系统》

嵌入式Linux内核编译步骤和经验

不过这应该也不是必须的,因为我在我的Fedora 13上(其自带的内核版本是2.6.33.3),就下...

发表于 2018-03-05 14:26 615次阅读
嵌入式Linux内核编译步骤和经验

嵌入式的由来和发展

对嵌入式的发展起到至关重要的人物Jim Ready

发表于 2018-03-05 13:49 168次阅读
嵌入式的由来和发展

嵌入式驱动的构造分析总结

在Linux系统上编写驱动程序,说简单也简单,说难也难。难在于对算法的编写和设备的控制方面,是比较让...

发表于 2018-03-03 09:23 524次阅读
嵌入式驱动的构造分析总结

嵌入式开发中可能会碰到的一些问题

1、单片机等小的外部总线单片机等小的MCU一般都有外部总线,可以用来接真彩LCD(异步总线接口TFT...

发表于 2018-03-02 14:04 535次阅读
嵌入式开发中可能会碰到的一些问题

嵌入式Linux复习题精华

题一: led驱动编写有几种方式?思考过后,再到下方寻找答案 题二: bootloader和uboo...

发表于 2018-03-02 11:21 440次阅读
嵌入式Linux复习题精华

嵌入式硬件电路设计基础知识梳理

今天就说说硬件电路设计方面的几个注意事项,首先,咱们了解下嵌入式的硬件构架。

发表于 2018-03-01 15:16 530次阅读
嵌入式硬件电路设计基础知识梳理

大型串联/并联电池单元阵列,对整车性能的影响?

电池包面临的最大克星之一是热量。高环境温度会让电池寿命和性能迅速降低。遗憾的是,在大电流电池系统中,...

发表于 2018-02-28 08:49 1233次阅读
大型串联/并联电池单元阵列,对整车性能的影响?

一文了解stm32使用DMA模块的相关操作

CPU最重要的工作室进行数据运算,从加减乘除到一些高级的运算,包括浮点、积分、微分、FFT等。CPU...

发表于 2018-02-27 11:18 3293次阅读
一文了解stm32使用DMA模块的相关操作

你知道嵌入式c中各变量存储位置吗

在进行C/C++编程时,需要程序员对内存的了解比较精准。经常需要操作的内存可分为以下几个类别: ...

发表于 2018-02-24 13:53 705次阅读
你知道嵌入式c中各变量存储位置吗

如何定制嵌入式Linux发行版

便宜的物联网板的普及意味着它不仅会控制应用程序,还会控制整个软件平台。 那么,如何构建一个针对特定用...

发表于 2018-02-24 10:37 385次阅读
如何定制嵌入式Linux发行版

嵌入式设计开发中的常见问题小总结

单片机等小的外部总线单片机等小的MCU一般都有外部总线,可以用来接真彩LCD(异步总线接口TFT显示...

发表于 2018-02-24 10:23 1396次阅读
嵌入式设计开发中的常见问题小总结

基于SoC实现的数据采集系统详解

数据采集系统(首字母缩写为DAS或DAQ)首先对放大、电平转换等原始信号执行相应的信号调节,然后再进...

发表于 2018-02-14 14:36 1243次阅读
基于SoC实现的数据采集系统详解

动态时钟配置下的SoC低功耗管理详解

SoC中CMOS电路功耗有:一是静态功耗,主要是由静电流、漏电流等因素造成的;二是动态功耗,主要是由...

发表于 2018-02-12 17:31 245次阅读
动态时钟配置下的SoC低功耗管理详解

富士通Custom SoC为大数据提供高速低功耗...

岁末年初,当我们回顾2014年产业界的发展时,少不了IoT(物联网)和Big Data(大数据)这两...

发表于 2018-02-12 17:26 249次阅读
富士通Custom SoC为大数据提供高速低功耗...

高通推低功耗蓝牙SoC 带给蓝牙耳机超长续航

在CES 2018盛会上面,高通宣布推出全新的低功耗蓝牙系统级芯片(SoC)QCC5100系列,这套...

发表于 2018-02-12 17:19 367次阅读
高通推低功耗蓝牙SoC 带给蓝牙耳机超长续航

采用SOC构建块实现电源监控的方法

电源监控器的作用是控制系统的负载点(POL)以使电源轨满足规范要求。POL可以是模拟也可以是数字的,...

发表于 2018-02-10 14:51 220次阅读
采用SOC构建块实现电源监控的方法

采用SOC的星载微型GNSS接收机设计方案

近年来,皮纳型卫星凭借其发射灵活、成本低、功能密度高、研制周期短等一系列优势,成为当前国际空间技术研...

发表于 2018-02-10 14:43 115次阅读
采用SOC的星载微型GNSS接收机设计方案