一种基于CPLD的固存国产化设计方法

摘要：为满足现有某型飞机综合导航计算机的维修保障工作，对导航计算机中的固存单元进行系统原理分析并系统分析。使用CPLD生成所需要的控制信号，选用FLASH芯片作为故障存储器件磁芯的替换件。依据工作原理设计国产化固存单元替代方案。为后续维修保障任务提供有力技术支撑。

关键词：存储转换  国产化  固存  磁芯

1 引言

引进俄制军用飞机航空电子系统，是引进装备国产化的重要内容，是实现武器装备自主可控发展的重要途径，只有加速国产化改造进程，才能发挥其在我军作战系统中的重要作用，提升部队信息化、系统化作战能力。近几年来，我国引进的进口设备和备件经常性的发生故障。这就对进口设备的国产化产生了需求。

目前由我处承担的国内现有某型飞机试验机维护保障工作中，需要对故障部件进行维修并进行保障。在维修过程中，发现导航计算机中固存部件故障。根据对其原理分析，固存部件故障原因为存储器件磁芯失效导致。由于此器件为国外多年前停产器件，无国产替代产品，且无法找到货源。在板所有存储芯片的程序已经读出，因此提出了国产化固存替代方案。

2 原理分析

现有固存部件用于存储综合导航计算机程序存储及读取。内部包含固存转换板和存储板两个模块，其中固存转换板电路分为：输入地址串并转换部分、脉冲产生部分、地址LA8～13位译码部分、地址LA3～7位译码部分、地址LA0～2位译码部分、输出数据并串转换部分。功能框图见图1。

固存输入的地址信号送入地址信号接口，脉冲信号送入脉冲、触发信号产生部分，脉冲信号经过脉冲产生电路生成控制信号送给程序存储器，地址信号经顺序排列后也送给程序存储器，程序存储器将地址对应的数据送出到输出数据并串转换部分，经并串转换送出到计算机部件。

3 国产化方案设计

3.1 系统方案设计

国产化的固存模块采用一个模块实现原固存两个模块的功能。主要完成脉冲信号发生，地址顺序重排，并行数据读出，并行数据并串转换四个功能。

其中，输入信号包括输入的串行地址、脉冲信号及触发信号;当地址信号访问程序存储单元存储原有的固存程序时，将数据送到并串转换部分;输出的并行信号经过并串转换送出给计算机系统CPU部件。

3.2 详细方案设计

3.2.1 设计思路

脉冲触发信号产生电路实现触发信号产生功能，地址接口电路实现输入地址重新排序功能。将脉冲触发信号产生、地址接口部分和输出数据并串转换部分采用CPLD实现。存储器采用FLASH实现。

3.2.2 芯片选型

1）CPLD器件，选用LATTICE 公司 IspLSI 1K系列ispLSI1032EA-100型号，规格如下：

供电电压：5V;

兼容TTL及CMOS电平;

内部PLD数量：600个;

寄存器数量：192个;

最大可用I/O引脚数：64个;

最大输入时钟频率：100MHz

传播延时：最大12.5ns ;

工作温度：-55°C到125°C。

2）FLASH器件，选用AMD公司AM29F400B芯片

供电电压：5V;

容量：256K*16bit

工作温度：-55°C到125°C。

3）比较器，选用TI公司TLV3502芯片，将输入正弦波脉冲信号整形为标准电平。

供电电压：2.7～5.5V;

输入偏移电压：1mV（典型值）;

传播延时：4.5nS（TTL电平输入，5V供电）;

工作温度：-40°C到125°C。

4）针对输入输出接口，需要对输入输出信号隔离，故在输入信号后级和输出信号前级增加两片54AHCT245芯片作为接口。

3.2.3 时序逻辑说明

原固存部件输入时钟信号CLK、脉冲信号ST、串行地址SA0K、SA0H、SA0L信号以及输出数据SD0H、SD0L对应时序关系如下表所示：

国产化固存模块工作原理、时序逻辑及接口部分也与原固存部件相同，即在时钟周期的第4到11个节拍送入SA0L，第6到10个节拍送入SA0H，第10个节拍送入SA0K;在下一个脈冲周期的第0到15个节拍送出上一个地址对应的数据。

在国产化固存内部逻辑实现时的流程如下：固存程序里烧写程序数据，当第一个触发脉冲信号到来之后，CPLD内部计数器开始计数，计到脉冲周期的第15个下降沿之后，开始并串转换。由于SA0L、SA0H、SA0K信号转换在脉冲周期的4～11个完成转换，因此可以在第12个脉冲的上升沿到来时将CE#、WE#、OE#置位，LA地址信息送出，此时FALSH将地址对应的数据送到总线上，在第13个脉冲上升沿到来时将SD0L并行数据送入CPLD，准备在第0～15个脉冲周期的下降沿，将SD0L、SD0H数据并串转换送出。

3.2.4  CPLD内部功能模块

（1）脉冲信号产生部分

当脉冲信号下降沿到来时，经延时一个时钟节拍，依此类推，可产生ST0～ST15的脉冲信号

（2）计数器模块

每个时钟周期的下降沿到来时，判断脉冲信号，当脉冲信号为1时，将计数值置为8;之后，每个时钟脉冲的下降沿将计数值到来时，计数值加1，直到计数值为15后，重0开始继续加1计数。此功能模块送出计数值及FLASH置位信号。

（3）地址串转并模块

在时钟周期的上升沿到来时，判断ST0～ST15脉冲节拍的电平。当ST4节拍有效时，将输入的串行数据存入模块内部寄存器的第0位;当ST5节拍有效时，将输入的串行数据存入模块内部寄存器的第1位，依次类推，完成8位地址的串并转换。

（4）数据并转串模块

在rst信号低电平时，进行复位操作，q输出0;rst为高时，当start信号的上升沿到来时，开始将并口的数据逐位输出，每个时钟输出一位。先低位后高位的输出方向，完成程序数据的转换。

3.2.5  FLASH芯片控制信号配置

当SA0L、SA0H、SA0K信号转换在脉冲周期的4～11个完成转换后，在第12个脉冲的上升沿到来时将CE#、WE#、OE#置位，LA地址信息送出，此时FALSH将地址对应的数据送到总线上，在第13个脉冲上升沿到来时将SD0L并行数据送入CPLD，准备在第0～15个脉冲周期的下降沿，将SD0L、SD0H数据并串转换送出。

3.3 产品结构设计

原有固存部件结构部分包括：固存机壳和固存板模块两部分。使用时，将固存部件插入托架对应位置，上电后即可进行测试。

国产化固存部件壳体内部采用一个固存模块来替换原固存的转换板和存储板，不用改动固存部件的结构即可实现部件的原位替代。

3.4 试验验证

在对国产化固存部件验证时，制作专用固存部件测试设备，模拟固存模块接口信号时序，采集输出的数据程序文件，与原有程序文件进行比较，结果无误后将国产化部件装入计算机系统验证。后又在部队地面试验台装机验证，工作正常。

4 结论

通过国产化工作实践，能够降低备件采购成本，减少设备维修费用，确保进口设备备件的及时供应，提升了装备技术水平，和市场竞争力，取得了良好的经济效益。

国产化固存部件采用原位替换的方式，研制产品与原系统设备完全兼容。通过前期工作确认，原有器件内部的程序均已成功读出，因此国产化设计满足技术可行性要求。

参考文献

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[4]郭明天.以低成本战略为导向推进进口备件国产化[J].设备管理與维修，2014（S2）.

作者简介

齐寒波，（1979.6-），女，陕西西安，汉，硕士，工程师，电子信息。