基于cPCI總線的遙測前端處理器系統設計

基于cPCI總線的嵌入式遙測前端處理器系統設計

時間：2014-06-04 來源： 作者：

按照數據采集方案的格式要求，預先由處理器進行初始化設置，包括幀同步碼組、同步碼組的長度和允許同步碼組的錯誤位數。隨著時間的推移，PCM數據在CLDCK信號的控制下，逐位進入移位寄存器，移位寄存器的輸出數據進入比較器，隨時與幀同步碼組進行比較，在同步碼組長度邏輯的控制下，一旦檢測到可能的同步碼組，則比較器輸出同步信號，該同步信號還必須由判決器來進行判決才能決定其是否有效。其方法是：預先設置允許的錯誤容限也就是允許的錯誤位數，然后根據比較器的輸出信號是否滿足錯誤容限的要求來決定真正的同步信號的輸出。幀同步信號的產生為整個PCM分路器板提供了最基本、最重要的時序依據。

幀同步策略是PCM分路的關鍵技術之一，其意義在于最大限度地解決數據傳輸過程中造成的“漏同步”和“假同步”現象，以降低誤碼率，進一步提高數據檢測的可靠性和有效性。一種基本的且經實踐檢驗行之有效的幀同步策略是：在幀同步檢測完成后，按照PCM格式定義的PCM字長和幀長，連續找到幾個(一般為3個) 相匹配的同步碼組后，即認為幀確為同步。

幀同步策略的邏輯實現如圖4所示。由圖4可以看出，幀同步的正確性可以依據以下條件：

(1)同步碼組的正確性。

(2)幀長的正確性(通過幀長計數器與幀長預置值的比較實現)。

(3)同步、檢測和失步的判別。不同的設計者可采用不同的方法，目的是消除假同步和漏同步的影響。可以采取以下方法：若比較器連續出現3個相等值時同步，當有一個不等值時，進入檢測狀態;而當出現連續3個不等值或檢測一定時間后不能同步時，則進入失步狀態。

以上解決了幀同步的問題，也就是找到了每一幀的起止位置。然而，每一幀的各數據字在特定的測試方案中又不可能相同，如何來確定某個參數字在哪一幀的哪個位置?幀同步以后，數據傳輸的正確位置是否可靠?這就是子幀同步要解決的問題。多年來，國內外廣泛采用的于幀同步方式為ID同步方式。

子幀同步策略是PCM分路的另一關鍵技術，其意義在于：在幀同步的基礎上，對數據的可靠性作進一步的容錯檢測。一種常用的且經實踐檢驗較為可靠的子幀同步策略是：連續檢查幾個子幀數據(一般為3個)，其子幀同一位置的ID字如果相同或相鄰子幀相應的ID字連續，則判決為子幀同步，否則子幀不同步。

子幀同步策略邏輯實現如圖5所示。由圖5可以看出，子幀同步與策略的正確性依據以下條件：

(1)ID字位置及其值的正確性(如過零檢測)。

(2)子幀長的正確性(通過子幀長與幀計數器值的比較判斷)。

(3)同步、檢測和失步的判別，方法與幀同步策略類似。

在本設計中，雙PCM幀同步檢測、幀/子幀同步策略均通過CPLD邏輯器件實現，不僅提高了設計的集成度，而且提高了系統的可靠性及其性能，使每路PCM分路速率達到20Mbps的國際先進水平。

4 軟件平臺選擇及軟件組成

目前常用的遙測前端處理器操作系統有Windows2000和VxWorks二種。Windows2000通用、軟件資源豐富、易于使用和擴展;而 VxWorks是一個用途廣泛的實時操作系統，具有良好的實時性、可靠性和可裁減性。根據遙測數據處理的實際需求，本設計選用了Windows2000，程序設計語言選用C++。

遙測前端處理器軟件組成與實時數據處理流程框圖如圖6所示。

圖6 遙測前端處理器軟件組成與實際工資時數據處理流程

遙測前端處理器中的軟件由PCM數據采集、參數提取、工程單位轉換、數據合并與導參數計算、報警參數處理、數據存儲、網絡通信與數據分配等模塊組成。其中，采集、參數提取、工程單位轉換模塊與數據流相對應，每個數據流單獨一套。PCM數據經采集后，接事先定義對參數進行提取、工程單位轉換和必要的處理、存儲。按事先設置，需要模擬輸出的數據直接由D/A板輸出，通過網絡把工程單位數據和原始數據傳輸給工作站，由工作站完成遙測數據的各種方式的可視化顯示和飛行試驗專用數據分析與處理。

基于cPCI總線的新一代嵌入式遙測前端處理器的設計和實現，使遙測數據處理系統的集成更加容易。其20Mbps的速率、雙路PCM數據的分路和實時處理能力。可滿足現代軍、民機飛行試驗遙測數據處理要求。它的應用使我國的飛行試驗遙測數據處理技術水平得到很大的提升。同時，cPCI總線的加固特性，使以嵌人式遙測前端處理器為核心而組成的實時遙測數據處理系統，滿足了運輸類飛機機載要求和地面車載環境要求，拓寬了遙測前端處理器在軍工試驗和民用工業試驗等領域內的應用范圍，有著廣闊的應用前景。