数据处理模块的设计与实现

2020-02-29秦琪韩毅博杨忠斌胡宝雷中航工业西安航空计算技术研究所

数码世界 2020年2期

秦琪韩毅博杨忠斌胡宝雷中航工业西安航空计算技术研究所

引言

随着机载航电系统任务复杂程度的增加，对各种任务系统的数据处理能力、可靠性等要求日益提高，同时体积和重量却要求不断减小。因此，设计一种高可靠、高性能且具备高速网络数据传输速率的数据处理模块变得至关重要。本文主要介绍基于FC网络的高性能高集成度的通用处理模块的设计。

1 硬件设计

1.1 系统组成

数据处理模块（DPM）是任务处理系统中的组成单元之一，主要为传感器数据处理、任务处理等软件提供计算处理平台。每个数据处理模块是1台整机，内部由电源模块、处理模块、通信模块组成。实现航电系统任务调度与管理、FC网络交换控制、数据处理与运算等功能。数据处理模块主要由FC光纤通道节点卡、电源组件、双CPU处理器模块及雷电防护母板组成，组成结构如图1所示。

图1 数据处理模块功能框图

1.2 电源组件

电源组件主要由滤波电路、抗过压浪涌、升压电路和储能电路等几部分组成。电源输入端设计滤波器，差模滤波电路采用LC滤波，滤除电源转换电路开关管斩波的噪声尖峰反射，共模滤波电路选择电容滤波。该电容设置在电源输入的+、-与大地之间，为高频共模电流提供低阻抗通路。

1.3 双CPU处理器模块

双CPU处理器模块主要由两个相对独立的处理单元组成，处理单元中单个处理器配置2GB的DDR3 SDRAM、256MB的NOR FLASH以及温控芯片等外设。每个处理单元配置的资源均保持一致且相互独立，处理器之间无耦合，满足技术协议独立性的要求。两个处理器通过寄存器写入不同的值（如A和B）来进行识别和区分，处理器模块结构如图2所示。

图2 处理器模块结构框图

1.4 FC光纤通道节点卡

FC光纤通道节点卡主要完成FC接口电路功能，单模块配置两块FC光纤通道节点卡。节点卡运行于嵌入式操作操作系统下，通过FC 端口与FC 网络连接，节点卡主要由硬件和软件构成，其中软件主要为驱动程序、API 接口程序和相关设备/通信管理软件，节点卡采用多通道并发读写的设计，由中断事件驱动，实现低CPU占用率；各个通道的缓冲区独立，互不干扰，便于实现高速收发数据。FC接口电路沿用经主机所认证测试通过的成熟子卡。

1.5 雷电防护接口板

雷电防护接口板由两块印制板组成，两个印制板间的采用连接器进行信号交互，雷电防母板上将GND、GND28V及CGND进行共地，主要实现信号通路及与雷电防护要求相关的通路，同时完成雷电防护功能。

1.6 雷电防护设计

雷电防护主要依靠瞬态抑制器（TVS管），所以应将需要防护的信号线按其工作电压进行分类，根据分类的结果选择适合的TVS管进行防护。雷电防护设计主要设计在母板上，其具体电路如图3所示。

图3 闪电防护电路示意图

1.7 时间同步

航电系统的时钟源将时钟信息通过交换机传送给数据处理模块。数据处理模块接收到时钟源信息后，时钟源传来的源RTC时钟信息和本地RTC时钟信息存在误差。此时需要将源RTC时钟信息和本地RTC时钟信息取差值绝对值相加作为修正，将修正后的结果作为数据处理模块获得的系统时钟信息。为了保证精度，可根据需要进行多次的修正，取差值平均值作为修正值。

如果没有收到时钟源信息，数据处理模块以本地RTC时钟信息为准，作为自己的系统时钟信息。