航空電子系統設計中FPGA技術(shù)的應用

1 系統設計面臨的問(wèn)題
由于競爭的壓力和對飛機性能無(wú)止境的追求，航空電子從簡(jiǎn)單、獨立的設備發(fā)展到如今以每秒百萬(wàn)位乃至更快的速度交換信息的高級智能系統網(wǎng)絡(luò )。這也帶來(lái)了必須克服的許多設計問(wèn)題(見(jiàn)表1)。

在要求高性能的航空系統設計中，每項設計都要減少空間、功耗和重量，滿(mǎn)足這些要求至關(guān)重要。這項要求直接作用于芯片級別，單一芯片體積減小后對所需板卡的要求也會(huì )降低，從而降低了對封裝外殼、固定元件、冷卻器件甚至是電源的要求。同樣，每多增加一個(gè)組件，都會(huì )增加一些引發(fā)故障的機會(huì )。減少芯片數量的設計必然有助于緩解這些問(wèn)題。廢棄則是像MIL-STD-1553設計實(shí)施這類(lèi)長(cháng)期項目所面臨的另一個(gè)問(wèn)題。每個(gè)組件無(wú)論其是由世界最大的制造商提供，還是來(lái)自于產(chǎn)量較小的專(zhuān)業(yè)供應商，都存在著(zhù)廢棄的風(fēng)險。單一來(lái)源的組件不但面臨著(zhù)被廢棄的風(fēng)險，還有個(gè)長(cháng)期價(jià)格保護的問(wèn)題，特別是那些從原有項目繼承的設計，這個(gè)問(wèn)題更為明顯。對于已經(jīng)部署的系統，由于所涉及的代價(jià)過(guò)高，應盡量避免由于廢棄組件而重新對系統進(jìn)行驗證。當系統架構師指定一種系統設計時(shí)，必然會(huì )存在架構無(wú)法正確實(shí)現的某種風(fēng)險。一個(gè)非常典型的問(wèn)題是：經(jīng)常在設計過(guò)程中或架構確定很久之后(如在集成階段)，才知道需求有所變化。這些變化一般都會(huì )增加對架構的要求，并提出一些關(guān)于設計的常見(jiàn)問(wèn)題，如：設計足夠靈活嗎?能提供充分的處理能力嗎?功能在硬件和軟件之問(wèn)是否得以有效且高效地進(jìn)行了區分?能達到關(guān)鍵時(shí)間要求嗎?
理想狀況下，所選定的架構應功能強大、應用靈活，足以在初始部署階段就將風(fēng)險降到最低，并且提供了一個(gè)允許系統隨著(zhù)時(shí)間發(fā)展的平臺。
理想條件下，一個(gè)MIL-STD-1553設計師可以采用傳統的技術(shù)，使用有多個(gè)來(lái)源的COTS組件來(lái)解決這些問(wèn)題。這種由大量市場(chǎng)提供的組件在性?xún)r(jià)比上有明顯的優(yōu)勢。

2 MIL-STD-1553簡(jiǎn)介
請看一下數據傳輸路徑，即圖1中的MIL-STD-1553總線(xiàn)結構。MIL-STD-1553是一種定義數據總線(xiàn)的電子和協(xié)議特點(diǎn)的軍用標準。作為一種在軍用和商用領(lǐng)域廣泛應用超過(guò)25年之久的總線(xiàn)，并且符合MIL-STD-1553標準，它能以1 Mbit／s的速率高度精確、極為可靠地傳輸數據。

根據MIL-STD-1553標準的規定，總線(xiàn)結構由三個(gè)不同的硬件組成：
●總線(xiàn)控制器――總線(xiàn)控制器是總線(xiàn)上唯一允許在數據總線(xiàn)上發(fā)出命令，并負責引導數據總線(xiàn)中數據流的硬件設備。如果同時(shí)有幾個(gè)終端可以實(shí)現總線(xiàn)控制器的功能，同一時(shí)間內只能有一個(gè)處于活動(dòng)狀態(tài)。