基于集成DSP内核的HKS6713芯片实现弹载计算机单元的设计

引言

随着精确制导武器的发展，作为控制核心的计算机单元，其一体化和集成度越来越高、接口越来越丰富。本文以某型弹载计算机单元的需求作为背景，介绍了一种基于TMS 320C6713内核的SOC芯片HKS6713的计算机单元的硬件设计与实现方案，较好得满足了弹载计算机的各控制需求，同时具有小型化、数模一体化和控制接口丰富的特点。

1、总体设计

计算机单元以基于TMS320C6713内核的SOC芯片HKS6713作为处理控制核心，采用SOC+CPLD的系统结构，计算机单元系统结构见图1所示。

计算机单元各控制接口丰富，其主要功能模块包括：处理器电路、存储器电路、异步串行接口电路、开光量输入输出电路、模拟量输入输出电路、GJB289A总线接口电路、电源转换电路和CPLD等。计算机单元用来实现对制导组合体的核心控制功能，一些重要的接口必须实现光电隔离。

2、详细设计

由于计算机单元接口众多，在详细设计中仅对主要的以下电路作出介绍：处理器及其外围电路、异步串行接口电路、开关量输入输出隔离电路、电源监控调理电路和模拟量输出电路。

2.1 处理器及其外围电路

处理器及其外围电路包括HKS6713处理器、时钟电路、JTAG驱动电路、复位电路、存储器电路。

HKS6713是集成DSP内核(与TI公司TMS320C6713完全兼容1、GJB289A协议处理器、429总线控制器、CAN总线控制器、多路串口控制器、64kB双口存储器、BLOCKTROOP模块、AD转换器、定时器以及多路中断控制等功能的大规模SOC芯片，最高主频200MHz。计算机单元使用该SOC芯片的C6713内核、GJB289A协议处理器、双口RAM、多路串口控制器、BLOCK TROOP模块、AD转换器和多路中断控制等功能。图2为HKS6713的功能结构图。

模块上晶振产生DSP内核需要的40MHz时钟、GJB289A协议处理器需要的12MHz时钟以及多路UART控制器需要的14.7456MHz时钟。电压监控芯片TPS3307—33实现计算机单元的3种复位：手动复位、上电复位、电压监控复位。FLASH存储器访问使用HKS6713处理器EMIF 接口的CE1空间，SDRAM使用接口CE0空间。

2.2 异步串行接口电路

异步串行接口包括UART控制器及接口电平转换电路，其中UART控制器由HKS6713处理器内部集成，并配以电平转换芯片。设计采用隔离电源和信号光耦隔离器件。RS422接口芯片主要特性包括支持完全故障安全特性、接口管脚具有15kV HBM(人体放电模式)ESD保护能力，接收端正负极之间采用120Ω标准匹配电阻，另外在接口管脚上并联一片SRV05-4接口保护电路增强ESD保护能力。图3为隔离RS422串行接口电路图。

2.3 开光量输入输出隔离电路

离散量输入信号为28V/悬空，信号经光隔和驱动器后，由DSP读取状态。光耦输入前级低端设计有稳压管，防止输入端开路时干扰信号引起的光隔输出误动，当光耦导通时，稳压管工作在击穿状态;离散量信号输入端与28VGND之间连接有双向TVS管，能防止输入信号上的电压尖峰损坏光隔;光耦前级并联一个反向二极管，防止反向电压对光耦造成破坏。图4为开关量输入处理电路。

开关量输出，信号特性为28V/悬空，开关量输出电路中使用光耦隔离期间，该光耦输出端采用达林顿管，开关量输出端与28V地之间接反向二极管，防止反向电压对光耦造成损坏。图5为开关量输出处理电路。

2.4 电源监控调理电路

热电池电压信号和载机电源电压信号采集电路如图6所示，根据设计要求，电压信号输入需隔离。电压信号的调理电路包括分压电路、跟随电路、隔离电路和滤波电路。分压电路将热电池电压信号调理到0～3.3V。跟随电路具有高输入阻抗的特性，可避免后端隔离电路输入阻抗不一致对分压电路造成影响。隔离电路采用隔离运算放大器通过电容耦合实现隔离功能。滤波电路为由运放和阻容器件构成的二阶有源低通滤波器(巴特沃思滤波器)，该滤波器可对隔离运放输出的信号进行滤波，为保证对噪声进行滤波又不使信号产生失真，设计其截至频率为100kHz。

2.5 模拟量输出电路

模拟量输出由1片12位4路输出D/A转换器完成，转换器的输出经过跟随放大电路驱动后输出。图7为模拟量输出电路图。

3、结束语

本文介绍了一种弹载计算机单元的设计与实现方法，此设计方法具有集成一体化、数模一体化和接口丰富的特点，并且处理器使用了基于TMS320C6713内核的SOC芯片HKS67 13。对于控制计算机上广泛使用的接口光电隔离技术、电源监控技术和AD/DA转换技术等方面，本文具有一定的参考价值。

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