代飛揚(yáng) 張曉峰 李華

摘 要：航電系統(tǒng)作為航空飛行器的重要組成部分之一，它的性能對(duì)航空飛行器的整體穩(wěn)定性具有直接影響。為提高航電系統(tǒng)的性能，可對(duì)SOC技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用?；诖它c(diǎn)，本文從SOC的技術(shù)特點(diǎn)分析入手，論述了航電系統(tǒng)中SOC技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：SOC技術(shù) 航電系統(tǒng) 應(yīng)用

1 SOC的技術(shù)特點(diǎn)

SOC是系統(tǒng)級(jí)芯片，又被稱(chēng)之為片上系統(tǒng)，可將之視作為一個(gè)具有專(zhuān)用目標(biāo)的集成電路。SOC之所以能夠在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，與其自身所具備的特點(diǎn)有著密不可分的關(guān)聯(lián)。SOC采用的是基于IP的設(shè)計(jì)模式，由此使其擁有了非常龐大的硬件規(guī)模，同時(shí)因SOC中軟件所占的比重較大。因此，需要采用協(xié)同設(shè)計(jì)的方法對(duì)軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在單個(gè)SOC上可以集成數(shù)量更多的配套電路，這樣不但節(jié)省了面積，而且還能降低成本，并且片上互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)，使分布在電路板上的不同器件能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)互傳。目前，SOC已經(jīng)成為集成電路設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)，它以自身優(yōu)良的性能和功能在終端芯片領(lǐng)域中占據(jù)了主導(dǎo)性地位，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，以單芯片實(shí)現(xiàn)完成的電子系統(tǒng)是未來(lái)研究的主流方向。SOC的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：可使系統(tǒng)的耗電量顯著降低，能夠減小體積，提高運(yùn)行速度，增加系統(tǒng)的功能，使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本大幅度下降。

2航電系統(tǒng)中SOC技術(shù)的應(yīng)用

航電系統(tǒng)是綜合航空電子系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)中不可或缺的重要組成部分之一，與戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)性能有著極為密切的關(guān)聯(lián)。高性能的航電系統(tǒng)可以大幅度提升戰(zhàn)斗機(jī)的整體作戰(zhàn)能力，從而使其能夠完成各種作戰(zhàn)任務(wù)。為提高航電系統(tǒng)的性能，可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)SOC進(jìn)行合理應(yīng)用。

2.1航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

為實(shí)現(xiàn)與總線(xiàn)控制器（BC）或是遠(yuǎn)程終端（RT）之間的數(shù)據(jù)通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了多路傳輸數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口模塊（MBI）。在典型的數(shù)字電路中，可將CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、邏輯控制器等全部集成到一塊芯片上，并與通訊模塊相連。在對(duì)MBI模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)用SOC時(shí)采用了Nios微處理器軟核，來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。MBI模塊與中央處理器（CPU）之間主要是通過(guò)雙口存儲(chǔ)器進(jìn)行連接，由此可實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)信息交換。

2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

2.2.1微型化處理。在應(yīng)用SOC對(duì)航電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，最終目的是對(duì)電路中的關(guān)鍵器件進(jìn)行集成，如CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、邏輯控制器等。集成后的芯片應(yīng)當(dāng)有盡可能小的體積，并且還應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，由此可構(gòu)成一個(gè)整體的MBI模塊。通過(guò)SOC的應(yīng)用，主要是為了滿(mǎn)足MBI模塊的如下設(shè)計(jì)要求：將程序存儲(chǔ)器（16K字節(jié)）、RAM（8K字節(jié)）以及微處理器全部置于同一個(gè)芯片當(dāng)中。

2.2.2芯片的功能。當(dāng)微型化處理完畢后，便可按照SOC的設(shè)計(jì)思路，將帶有微處理器的電路集成到一塊芯片上，以此來(lái)替代原電路的功能，這樣便可獲得與原電路功能完全相同的芯片。Nios作為微處理器軟核，其主要針對(duì)的對(duì)象為現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA），所以在預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境中，可對(duì)定時(shí)器、RAM元件進(jìn)行調(diào)用，并將它們與Nios的CPU集成到一起進(jìn)行編譯，由此可構(gòu)成帶有CPU的SOC。其中RAM可對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和堆棧，借助DMA（直接內(nèi)存存?。┛蓪?shí)現(xiàn)用戶(hù)接口與MBI模塊的連接，定時(shí)器則可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能。

2.3硬件配置

經(jīng)過(guò)微型化處理后的MBI模塊主要是由以下硬件組成：FPGA芯片、通信協(xié)議處理芯片、總線(xiàn)收發(fā)器、變壓器、電源轉(zhuǎn)換芯片等。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用的Nios實(shí)現(xiàn)微處理器的各種功能，如程序初始化、自動(dòng)測(cè)試、通訊及定時(shí)器管理等等。Nios帶有RAM和程序存儲(chǔ)器，并且具備可編程功能，當(dāng)需要對(duì)程序進(jìn)行修改時(shí)，不需要拔插芯片，從而使整個(gè)修改過(guò)程得以簡(jiǎn)化。

2.3.1 DMA接口。為使協(xié)議芯片能夠隨時(shí)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，本次設(shè)計(jì)中采用雙接口，當(dāng)硬件接到來(lái)自于DMA發(fā)出的中斷請(qǐng)求之后，便可做出快速響應(yīng)。存儲(chǔ)器可直接完成通訊協(xié)議芯片的存取，并將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給SRAM，當(dāng)SRAM接收到數(shù)據(jù)后，微處理器可對(duì)其中的信息進(jìn)行讀取。

2.3.2頻率分配。在本次設(shè)計(jì)中，MBI模塊中存在不同種類(lèi)的時(shí)鐘，如實(shí)時(shí)時(shí)鐘、延遲時(shí)鐘、看門(mén)狗等等，除此之外，還有一個(gè)24M的外接時(shí)鐘。因此，需要使用分頻模塊，對(duì)這四個(gè)時(shí)鐘的頻率進(jìn)行合理分配。

2.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

MBI模塊的應(yīng)用軟件由以下幾個(gè)部分組成：系統(tǒng)初始化程序、自動(dòng)測(cè)試程序、BC和RT控制程序等。在本次設(shè)計(jì)中，上述程序全部通過(guò)嵌入式C語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。各軟件程序的具體功能如下：

2.4.1初始化程序。該程序能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括MBI模塊控制器初始化、定時(shí)器初始化等。

2.4.2自動(dòng)測(cè)試程序。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，該程序可以完成MBI模塊自動(dòng)測(cè)試和內(nèi)部自檢。

2.4.3 BC和RT控制程序。該程序可以完成MBI模塊作為BC或是RT的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。

當(dāng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完畢后，為驗(yàn)證其可用性，需要進(jìn)行相關(guān)調(diào)試。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，調(diào)試與監(jiān)控軟件采用的是Nios軟件包自帶的工具，即Toolkit，這是一款開(kāi)放式的軟件程序開(kāi)發(fā)工具包，其中集成了多種先進(jìn)的技術(shù)，如C++編譯器、連接工具、宏匯編以及應(yīng)用庫(kù)等等。經(jīng)過(guò)測(cè)試，所有軟件程序的功能全部正常。

結(jié) 論

綜上所述，為提高航電系統(tǒng)的整體性能，可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)SOC技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，依托SOC設(shè)計(jì)出來(lái)的航電系統(tǒng)不但體積小，而且耗電量更低，系統(tǒng)的運(yùn)行速度在原本的基礎(chǔ)上顯著提升，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本大幅度下降。由此可見(jiàn)，SOC技術(shù)在航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有良好的適用性。

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