基于AS5464協議的飛行管理仿真系統的設計

摘要：為了使IEEE 1394在軍事和飛行器中的安全關鍵／任務關鍵系統中應用，對IEEE 1394協議的擴展和約束。提出一種基于AS5463協議的飛行管理系統仿真系統設計方法，探討了AS5463協議在飛管總線中應用的優點及可能性。仿真系統硬件通過AS5463協議通信卡及工控機實現，軟件通過模塊化設計方法實現。通信仿真系統實現了各子系統相關數據的傳送、處理，以及相關信息的實時顯示。測試表明，飛行管理系統仿真系統工作正常、性能良好，能實現測試設備之間高速率的數據傳輸與轉換，具有良好的實用價值。
關鍵詞：飛行管理；AS5463協議；AS5463協議通信卡；通信仿真系統

在飛機的機載設備中，系統之間、系統和部件之間存在著大量信息需要傳遞。這些信息要求通信實時、準確，同時在機載設備中希望飛行管理系統控制起來更加靈活，與其他子系統通信更加合理，所以應盡量降低飛行管理系統中電氣連線的復雜性，那么選用一種合適的總線來承擔此任務是至關重要的。使用AS5643協議的IEEE 1394總線其設計思想獨特、性能優良并且可靠性極高，可以很好完成上述任務，所以將基于AS5643協議的IEEE 1394總線應用在飛行管理系統的仿真系統中，可以說是對于航空領域應用的一次新的嘗試。本文遵循AS5643協議，傳輸總線采用IEEE 1394總線，仿真機的通信系統采用工控機子系統，其整個通信系統拓撲采用總線型拓撲結構。該模型可用于仿真飛機某些子系統的功能、估算總線性能情況，測試仿真系統的執行效率和穩定性，為基于AS5643協議的IEEE1394總線在航空領域的應用提供案例。

1 仿真系統的功能
基于AS5643協議的IEEE 1394總線飛行管理仿真系統分為CC(控制計算機)，RN(遠程節點)和BM(總線監控)三個子系統。該仿真系統必須實現各子系統之間準確、實時的數據傳輸，并能夠根據用戶需求設置各種系統通信參數，諸如發送方式、通信方式、通信速率、周期、定時等，顯示仿真通信參數、本機參數、定時信息、心跳字信息、系統參數等，實時更新展示系統接收的最新數據，保存通信數據。基于AS5643協議的IEEE 1394通信總線仿真系統由軟件和硬件兩部分組成。軟件的主要功能是根據相應工作狀態對數據進行處理、顯示以及傳輸。硬件主要包括PCI_1394，PCIE_1394，CPCL1394，USB_1394通信接口板、仿真計算機及IEEE 1394總線等，該總線的拓撲結構為總線型拓撲結構。典型的基于AS5643協議的IEEE 1394總線的三余度飛行管理仿真系統的拓撲結構如圖1所示。

2 仿真系統的功能
整個仿真系統硬件設計的關鍵部分是AS5643協議通信卡，主要由三大部分組成，包括PCI／PCI-E總線接口部分、通信控制部分和IEEE 1394總線接口部分。其電路設計的原理框圖如圖2所示。其中使用PCI9052作為PCI協議通信芯片，使用PLX8111作為PCI-E協議通信芯片，并使用512 MB RAM來緩存數據。

2．1 硬件設計
AS5643協議通信卡的特性包括以下幾點：
(1)采用FPGA處理AS5643協議，設計更加靈活，通過更改FPGA邏輯就可以實現CC／RN／BM節點功能，而且處理速度更快；
(2)應用API操作接口簡潔，上層應用只需實現系統狀態控制、數據啟動停止，數據填充等基本操作；
(3)為提高系統實時性，AS5643協議全部通過硬件邏輯實現；
(4)FPGA在邏輯設計保留多種通信接口，方便系統設計與維護。
FPGA器件選型時充分考慮AS5643協議處理要求，從邏輯規模、資源等方面綜合評估，選用Xilinx公司高速芯片。
2．2 硬件實現
AS5643協議通信卡設計由三部分組成，便于根據需要進行接口變更，包括：PCI／PCIE／USB／CPCI母卡、FPGA子卡和鏈路物理層子卡。CC／RN／BM上的AS5643協議功能由FPGA子卡上的邏輯實現。同時鏈路物理層子卡上的物理層芯片TSB41BA3B和鏈路層芯片TSB12LV32由FPGA子卡操縱，實現IEEE 1394的物理層特性和鏈路層規程。而PCI／PCIE／USB／CPCI接口控制、AS5643協議、配置表的硬件加載、硬件邏輯自測試和健康監控等功能由FPGA實現，其原理框圖如圖2所示。