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基于FPGA设计航空电子系统介绍

2018年01月30日 10:06 次阅读
航空电子是指飞机上所有电子系统的总和。一个最基本的航空电子系统由通信、导航和显示管理等多个系统构成。航空电子设备种类众多,针对不同用途,这些设备从最简单的警用直升机上的探照灯到复杂如空中预警平台无所不包。而航空电子系统也有着只属于自己的特点,这些特点更是随着航空电子的发展而不断变化。

MIL-STD-1553简介

请看一下数据传输路径,即图1中的MIL-STD-1553总线结构。MIL-STD-1553是一种定义数据总线的电子和协议特点的军用标准。作为一种在军用和商用领域广泛应用超过25年之久的总线,并且符合MIL-STD-1553标准,它能以1Mbit/s的速率高度精确、极为可靠地传输数据。 根据MIL-STD-1553标准的规定,总线结构由三个不同的硬件组成: ●总线控制器——总线控制器是总线上唯一允许在数据总线上发出命令,并负责引导数据总线中数据流的硬件设备。如果同时有几个终端可以实现总线控制器的功能,同一时间内只能有一个处于活动状态。 ●总线监视器——总线监视器是一个可以监控总线上信息交换的终端。它可以用于飞行测试记录、飞行故障诊断、维护记录与任务分析,同时还可作为一个备用总线控制器,它有足够的信息可以接替总线控制器。然而,总线监视器是一个被动的设备,它不能报告所传输信息的状态。 ●远程终端——每个远程终端都包括在数据总线和子系统间传输数据所必须的电子器件和支持性中间件。对于MIL-STD-1553,子系统就是所传输数据的发送者和接收者。这些终端不能作为总线控制器或总线监视器使用。

MIL-STD-1553系统实施

像其它军用网络技术一样,航空电子市场中的MIL-STD-1553测试和仿真实施也经历了从庞大的DECUnibus卡到19英寸的通过机架安装的组件,又发展到用于VME和PCI系统上的较小、较为集成的多通道背板,现在又出现了更小、集成度更高的PCMCIA接口。图2描述了专用的MIL-STD-1553ASIC芯片制造商的实施从离散的协议和收发器芯片组精简到单一的体积小、功耗低的ASIC的发展过程。 基于FPGA设计航空电子系统介绍 过去,典型的MIL-STD-1553系统一般都由多个COTS组件构成,MIL-STD-1553I/O通常由单一来源的带有内部处理功能的ASIC提供,这种内部处理可提供消息处理与缓冲以及对MIL-STD-1553比特流进行编解码等。ASIC中可能含有也可能没有向MIL-STD-1553总线提供物理接口的收发器组件。每个ASIC为一个双冗余MIL-STD-1553通道提供此功能,所以支持多个MIL-STD-1553通道的系统就需要多个ASIC和收发器。与每个MIL-STD-1553总线的连接是通过板载变压器实现的。最后,由一个或几个可编程的FPGA设备将MIL-STD-1553ASIC连接到主系统,并提供更多的系统功能,如其它I/O、存储器访问和处理器接口等。 FPGA有多种密度,通常以逻辑单元或门来度量。它们有多种形式架构,提供了丰富的I/O引脚可供使用。FPGA还可提供内部存贮器。例如,当前由Xilinx推出的一流的FPGA存贮容量比三年前约增加了10倍。而且还提高了内部速度,降低了成本。 现代FPGA海量的存贮和功能使其成为MIL-STD-1553设计最理想的选择。其核心为预先定义的、且经过测试的功能,这些功能可以应用到FPGA设计中。促使工程师们为MIL-STD-1553实施选择IP设计的原因有很多,其中包括: 废弃部件管理——利用IP核心可以显著地降低废弃的风险。设计师不会束缚于某一个特定的部件、甚至是FPGA制造商。这与随时可能会被放弃的单一来源的专用MIL-STD-1553协议ASIC和处理器(及其制造方法)形成了鲜明的对比。对电路实施FPGA后,设计可移植到最新的FPGA中,一般都无须改变其功能,减少了对软件的修改(通常是项目中成本最大的部分)。 减小体积、提高可靠性、降低功耗和重量——将多种功能,包括处理器、I/O、MIL-STD-1553和背板电路综合到单一的IC中,可显著地减少部件数量、板卡空间和热负荷。这样就增加了可靠性,进而提高了MTBF。减少部件数量可以降低飞行设备系统对重量、空间及功耗的需求。如图3所示,设计人员可以将多种功能综合到单一的逻辑设备中,减少了部件的数量和体积。 基于FPGA设计航空电子系统介绍 降低成本——由于实施了FPGA核心,生产和生命周期的成本会随着时间而下降。FPGA价格历来是随着项目的进行而显著地下滑,而ASIC在长期的生产过程中价格却会上涨。很多航空电子系统已经在其设计中采用了FPGA,一个MIL-STD-1553核心实例可以轻松地融入现有的芯片或同系列的其他更密集的芯片中。单一FPGA中集中了多通道实例可进一步节省成本,只因为单一FPGA内可以容纳多个通道接口。 便于重新编程——由于支持对现场硬件的重新编程,核心的实施显著降低了设计风险。如果系统需求发生变化,或者要修复一个错误时,基于FPGA的设计可以在软件的控制下进行升级。这种灵活性还可以在硬件构造完成后,在硬件和软件间重新区分功能。例如,如果在集成阶段发现软件不能有效地响应一个实时事件,可以将该功能下移到FPGA级别,这样就将原由软件实现的功能转化为硬件功能。 适应多种机体——灵活、可重新编程的解决方案适于为多种机体构架或针对多用途基础设计的飞航测试线上可更换件(LRU)。由于USAF和NATO的多种机体采用从MIL-STD-1553B标准分离出来的协议,所以多种机体的LRU需要灵活、可编程的设计。某些设计实施了通过特殊的子地址或模式代码协议进行寻址扩展的数据集。很多固定翼和可旋转翼飞机同时采用了较老的MIL-STD-1553A和MIL-STD-1553BLRU,这就要求总线控制器和总线监视器能够处理不同的协议。

对MIL-STD-1553系统设计采用基于核心的实施

现代FPGA的强大功能使其成为MIL-STD-1553设计的理想选择,这就是CondorEngineering推出FlightCORE的原因。FlightCORE是一种允许设计人员在各种Altera和Xilinx的FPGA中轻松实现无版权的实例化设计的MIL-STD-1553IP。多数情况下,利用Xilinx综合技术(XST)或AlteraQuartusII集成综合技术(QIS),FlightCORE1553可以在两天内成功地集成。如图4所示,用户只须将CondorEngineering的IP核心与其自身逻辑和CondorEngineering的个别化模块(3mmx3mm)集成,即可实现高性能的MIL-STD-1553设计。FlightCORE还允许开发人员选择存储器的大小以恰好地与其系统需求相匹配。图4还显示了可以实施内部存贮和/或外部双端口随机存贮器。该产品还提供了ManchesterII编码与解码、信息协议验证与合法化及为接口控制和编程实施简单的共享存贮架构等所有的必要组件。只需增加外部收发器即可,如标准的COTSMIL-STD-1553或rs-485/' target='_blank'>RS-485收发器。 基于FPGA设计航空电子系统介绍

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在这个以数据为中心的世界,用户对搜索引擎提出了比以往更高的要求。先进的英特尔技术可帮助 必应 利用强...
发表于 2018-03-28 10:22 172次阅读
FPGA 如何支持智能搜索? 英特尔FPGA 加...

高云半导体和ELDIS科技强强联合 进一步打开欧...

高云半导体 科技股份有限公司今日宣布签约ELDIS科技有限公司为以色列授权代理商。此举标志着高云半...
发表于 2018-03-28 10:19 127次阅读
高云半导体和ELDIS科技强强联合 进一步打开欧...

特朗普对华发起贸易战包括信息技术而中国没有反制的...

美国为何在许多自己的强项上制裁中国,中国又为何不对进口额超过石油的集成电路产品征收高关税呢?
发表于 2018-03-28 08:34 6173次阅读
特朗普对华发起贸易战包括信息技术而中国没有反制的...

500亿晶体管!ACAP技术细节

ACAP 的核心是新一代的 FPGA 架构,结合了分布式存储器与硬件可编程的 DSP 模块、一个多核...
发表于 2018-03-27 11:04 672次阅读
500亿晶体管!ACAP技术细节

Xilinx首次亮相的Virtex UltraS...

随着鸿运国际手机版、5G通信、大数据、云计算等应用的出现,人们对于通信带宽的要求也在不断的提高,这些应用需...
发表于 2018-03-27 11:02 570次阅读
Xilinx首次亮相的Virtex UltraS...

FPGA定点小数的常规格式、相对于浮点小数的优势...

 Lattice的ECP3/ECP5系列FPGA内部集成了多个sysDSP架构的乘法器模块,基于sy...
发表于 2018-03-27 08:54 485次阅读
FPGA定点小数的常规格式、相对于浮点小数的优势...

赛灵思新CEO首秀 推新一代的FPGA架构ACA...

赛灵思公司第四任CEO Victor Peng 走马上任,他同时兼任公司总裁,Victor Peng...
发表于 2018-03-26 14:34 529次阅读
赛灵思新CEO首秀 推新一代的FPGA架构ACA...

基于FPGA的8比特图像的可比特平面分层

像素是由比特组成的数字。例如,在256级灰度图像中,每个像素的灰度是由8比特(也就是1个字节)组成。...
发表于 2018-03-26 13:18 130次阅读
基于FPGA的8比特图像的可比特平面分层

FPGA二值图像边界提取算法实现

我们使用3x3模板进行边界提取,所以当3x3九个点都是‘1’的时候,输出为‘1’,当九个点都是‘0’...
发表于 2018-03-26 13:00 189次阅读
FPGA二值图像边界提取算法实现

两种能够帮助工程师简化FPGA的电源解决方案

我不得不承认,随着时间的推移为 FPGA 供电变得越来越复杂,本文提供一些建议,希望可以帮助简化 F...
发表于 2018-03-26 09:08 2553次阅读
两种能够帮助工程师简化FPGA的电源解决方案

以计数器为32位为例:FPGA中计数器设计探索

值得注意的是,以上测试是在资源足够频率不高的条件下测试的。根据经验,当资源使用较多,时钟频频较高时,...
发表于 2018-03-24 11:07 1354次阅读
以计数器为32位为例:FPGA中计数器设计探索

信号完整性“案例:错误的设计带来的驱动能力问题”

找到问题根源后,根据测量结果修改 DSP 对 FLASH 空间的异步时序配置,以保证足够的裕量,问题...
发表于 2018-03-23 11:19 522次阅读
信号完整性“案例:错误的设计带来的驱动能力问题”

FPGA如何成为新时代的“宠”儿,FPGA技术未...

随着鸿运国际手机版和深度学习对运算要求越来越高,人们逐渐认识到并行处理、低延时、低功耗和可重配置的重要性,...
发表于 2018-03-23 11:14 609次阅读
FPGA如何成为新时代的“宠”儿,FPGA技术未...

基于FPGA的等位移多点采样原理

检测线圈和检测线路组成一个振荡器,当硬币通过币道时,线圈的电感会发生变化,引起检测电路振荡频率发生变...
发表于 2018-03-22 10:47 180次阅读
基于FPGA的等位移多点采样原理

从FPGA到ACAP 迎接数据中心的挑战

Victor Peng于2008年加入赛灵思,曾任赛灵思产品执行副总裁兼总经理,主要负责公司各种系列...
发表于 2018-03-22 09:17 1646次阅读
从FPGA到ACAP 迎接数据中心的挑战

比特大陆不排除在世界范围收购几家芯片公司

比特币挖矿机,就是用于赚取比特币的电脑,这类电脑一般有专业的挖矿芯片,多采用烧显卡的方式工作,耗电量...
发表于 2018-03-21 10:00 957次阅读
比特大陆不排除在世界范围收购几家芯片公司

硬件工程师发展的几个方向及要学习东西

总之,硬件的内容很多很杂,硬件那方面练成了都会成为一个高手,我时常会给人家做下方案评估,很多高级硬件...
发表于 2018-03-21 08:40 1341次阅读
硬件工程师发展的几个方向及要学习东西

Intel MAX 10 FPGA系列低成本开发...

Intel公司的MAX 10 FPGA系列采用TSMC 55nm NOR闪存技术,容量从2K到50K...
发表于 2018-03-20 11:56 293次阅读
Intel MAX 10 FPGA系列低成本开发...

如何合理优化FPGA架构设计及配方法

如果符合一些简单的设计原则,采用最新的Xilinx7系列FPGA架构上实现无线通信。Xilinx公司...
发表于 2018-03-20 11:18 584次阅读
如何合理优化FPGA架构设计及配方法

Xilinx推出革命性的新型自适应计算产品

加利福尼亚州圣何塞 —自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASD...
发表于 2018-03-20 10:21 2192次阅读
Xilinx推出革命性的新型自适应计算产品

Xilinx CEO 描绘公司新愿景与战略蓝图

自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ:XLNX))总裁...
发表于 2018-03-20 09:23 1894次阅读
Xilinx CEO 描绘公司新愿景与战略蓝图

Xilinx首位华人CEO Victor Pen...

自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ:XLNX))总裁...
发表于 2018-03-20 04:39 333次阅读
Xilinx首位华人CEO Victor Pen...

PWM蜂鸣器驱动之FPGA在线下载配置图解

如图7.20所示,在弹出的Hardware Setup页面里,选择当前硬件为USB Blaster,...
发表于 2018-03-18 10:15 706次阅读
PWM蜂鸣器驱动之FPGA在线下载配置图解

从汇编、C语言为起点,再到FPGA开发设计经验总...

在学习一门技术之前我们往往从它的编程语言入手,比如学习单片机时,我们往往从汇编或者C语言入门。所以不...
发表于 2018-03-17 09:19 766次阅读
从汇编、C语言为起点,再到FPGA开发设计经验总...

典型高速系统应用框图举例

典型高速系统应用框图举例
发表于 2018-03-16 16:25 865次阅读
典型高速系统应用框图举例

FPGA的电源管理不简单,五个设计死角一定不可忽...

关于为FPGA应用设计优秀的电源管理解决方案已经有许多技术讨论,因为这不是一项简单的任务。 此任务的...
发表于 2018-03-16 11:57 2179次阅读
FPGA的电源管理不简单,五个设计死角一定不可忽...

使用Xilinx可编程逻辑实现数据中心互连

随着实施基于云的服务和机器到机器通信所产生的数据呈指数级增长,数据中心面临重重挑战。这种增长毫无减缓...
发表于 2018-03-16 10:17 804次阅读
使用Xilinx可编程逻辑实现数据中心互连
鸿运国际手机版