高安全性航空总线转接器的设计与实现
发布时间：2021-07-06 20:11
随着我国航空业的不断发展,航电系统日益复杂,先后经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个发展阶段。同时,航电系统的主流航空总线逐渐由ARINC429总线变为AFDX总线。在当今IMA架构中,虽然使用AFDX总线作为主干网络总线,但在某些子系统中依旧保留了ARINC429总线。当ARINC429总线数据并入到主干网络时,存在总线协议、物理接口不匹配等问题,因此需要通过总线转接器进行总线转接。总线转接器在系统中起着类似结点的作用,当ARINC429总线用在某些安全关键系统时,若总线转接器出现数据错误,就会影响飞机的安全性,甚至造成灾难性事故,因此对高安全性航空总线转接器的研究有着重要意义。高安全性航空总线转接器是基于SOPC技术,以NIOS II软核为主控制器,采用软硬件协同设计的方法实现的,具有高安全性、可移植、可在线升级更新等特点。本文首先对航空总线转接器进行功能需求分析和安全性需求分析,通过分析确定了总线转接器要实现的功能和安全性目标。在此基础上确定了系统的架构和包含的功能子模块,如:AFDX接口及数据处理模块、协议转换及ARINC429接口电路和由存储模块及EDAC电路组成的存...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IMA系统网络架构
图 1-2 论文的组织结构及章节安排第一章 本章介绍了航空总线转接器的研究背景、意义、国内外现有的航空总线转接器产品及研究现状，最后介绍了本文的主要研究内容和章节安排。第二章 本章首先对高安全性航空总线转接器进行功能需求和安全性需求分析，在捕获需求的基础上进行高安全性航空总线转接器的总体方案设计。第三章 本章归纳了 AFDX 协议与 ARINC429 协议之间的转换规则，介绍了 EDAC电路的实现原理，计算了生成矩阵和监督矩阵，为协议转换模块及 EDAC 电路的实现奠定了理论基础。第四章 本章主要包括航空总线转接器的硬件设计和软件设计两部分。硬件部分由AFDX 接口及数据处理模块、协议转换及 ARINC429 接口电路和存储检错纠错模块三部分组成，通过 Qsys 工具完成自定义软核的封装，并和其他相关外设一起搭建 SOPC 硬件系统，进行管脚分配、编译下载；软件系统的设计和实现是在 Quartus II 的 Eclipse SBT
干扰、粒子辐射等各种原因而引起的软错误，本文以粒子辐射造成软错误的失效概率的保守估计值作为存储缓存模块出现数据错误的失效概率）。最终确定的航空总线转接器的总体设计方案如图 2-1 所示，通过总体架构图可以看到转接器的各子功能模块以及为了满足安全性目标而进行的架构设计。拟采用现有开发板附加外围电路的形式实现整个系统。系统总体架构图中的黑色框图部分为所设计的系统，包括 AFDX 接口及数据处理模块、EDAC 电路和 SDRAM 存储器组成的存储检错纠错模块以及协议转换和 ARINC429 接口电路模块。图 2-1 航空总线转接器的总体架构图总线转接器的各个模块的逻辑关系、数据传输流程及协议格式通过图 2-2 的系统数据传输逻辑关系图来说明。下面对航空总线转接器的数据传输流进行介绍。AFDX 端系统发出 AFDX 帧后，AFDX 接口及数据处理模块接收 AFDX 帧并解析出应用消息，通过 NIOS II 主控制器将应用消息发送至 EDAC 电路，EDAC 电路对应用消息编码后，通过存储检错纠错模块的写模块将应用消息和生成的监督位一起发送至 SDRAM 进行存储。通过 EDAC 的读模块将存储的应用消息和监督位读出来，发送至 EDAC 电路进行译码处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑传输衰减的航空数据总线误码率研究[J]. 黄倩,项伟,王彤,何锋. 电光与控制. 2018(11)
[2]一种IMA架构下远程数据接口单元的设计与实现[J]. 段泽伟. 航空计算技术. 2018(04)
[3]民用航空发动机适航审定对单粒子效应的考虑[J]. 綦蕾,周燕佩. 航空科学技术. 2018(06)
[4]基于SoC的信号跨时钟域传输验证方法研究[J]. 王鹏,尤然,刘旭红,范毓洋,田毅. 电子技术应用. 2017(12)
[5]IMA平台分区分析方法研究[J]. 郭庆,孔德岐,赵茜. 南京航空航天大学学报. 2017(S1)
[6]数据集中器同步客户端设计与实现[J]. 刘学斌,李峭,王彤,熊华钢. 电光与控制. 2017(05)
[7]宇航固态存储器可靠性设计[J]. 徐瑞瑞,刘攀,赖晓敏. 科学技术与工程. 2015(13)
[8]一种航空智能传感器设计方案[J]. 车炯晖,呼明亮,王皎. 电脑知识与技术. 2015(08)
[9]航空电子产业发展研究[J]. 谢春茂. 科技传播. 2013(12)
[10]一种网关协议转换方法分析及设计[J]. 张志平,刘智武,张亚棣,王红春. 电子技术. 2013(04)
硕士论文
[1]基于以太网传输的冲击波超压测试系统研究[D]. 秦泗超.中北大学 2018
[2]基于Zynq-7000的星载软件抗软错误设计方法研究[D]. 沈露.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于航天的FPGA IP核加固技术研究[D]. 李远辉.北京邮电大学 2017
[4]复杂航电逻辑的构型控制系统自动配置方法研究[D]. 饶容海.中国民航大学 2016
[5]基于FPGA的以太网传输系统的研究与实现[D]. 王新颖.北京理工大学 2016
[6]机载复杂电子硬件跨时钟域同步电路验证方法研究[D]. 刘万和.中国民航大学 2016
[7]模型驱动的IMA系统资源配置分析与验证及优化方法研究[D]. 程桢.南京航空航天大学 2016
[8]基于SOPC千兆以太网的数据交换系统设计[D]. 曾宇前.西安电子科技大学 2015
[9]用于雷达测距与测速的数据处理系统设计与实现[D]. 王旭.天津大学 2016
[10]基于SOPC技术的报文解析系统的设计与实现[D]. 傅根.电子科技大学 2015
本文编号：3268896
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IMA系统网络架构
图 1-2 论文的组织结构及章节安排第一章 本章介绍了航空总线转接器的研究背景、意义、国内外现有的航空总线转接器产品及研究现状，最后介绍了本文的主要研究内容和章节安排。第二章 本章首先对高安全性航空总线转接器进行功能需求和安全性需求分析，在捕获需求的基础上进行高安全性航空总线转接器的总体方案设计。第三章 本章归纳了 AFDX 协议与 ARINC429 协议之间的转换规则，介绍了 EDAC电路的实现原理，计算了生成矩阵和监督矩阵，为协议转换模块及 EDAC 电路的实现奠定了理论基础。第四章 本章主要包括航空总线转接器的硬件设计和软件设计两部分。硬件部分由AFDX 接口及数据处理模块、协议转换及 ARINC429 接口电路和存储检错纠错模块三部分组成，通过 Qsys 工具完成自定义软核的封装，并和其他相关外设一起搭建 SOPC 硬件系统，进行管脚分配、编译下载；软件系统的设计和实现是在 Quartus II 的 Eclipse SBT
干扰、粒子辐射等各种原因而引起的软错误，本文以粒子辐射造成软错误的失效概率的保守估计值作为存储缓存模块出现数据错误的失效概率）。最终确定的航空总线转接器的总体设计方案如图 2-1 所示，通过总体架构图可以看到转接器的各子功能模块以及为了满足安全性目标而进行的架构设计。拟采用现有开发板附加外围电路的形式实现整个系统。系统总体架构图中的黑色框图部分为所设计的系统，包括 AFDX 接口及数据处理模块、EDAC 电路和 SDRAM 存储器组成的存储检错纠错模块以及协议转换和 ARINC429 接口电路模块。图 2-1 航空总线转接器的总体架构图总线转接器的各个模块的逻辑关系、数据传输流程及协议格式通过图 2-2 的系统数据传输逻辑关系图来说明。下面对航空总线转接器的数据传输流进行介绍。AFDX 端系统发出 AFDX 帧后，AFDX 接口及数据处理模块接收 AFDX 帧并解析出应用消息，通过 NIOS II 主控制器将应用消息发送至 EDAC 电路，EDAC 电路对应用消息编码后，通过存储检错纠错模块的写模块将应用消息和生成的监督位一起发送至 SDRAM 进行存储。通过 EDAC 的读模块将存储的应用消息和监督位读出来，发送至 EDAC 电路进行译码处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑传输衰减的航空数据总线误码率研究[J]. 黄倩,项伟,王彤,何锋. 电光与控制. 2018(11)
[2]一种IMA架构下远程数据接口单元的设计与实现[J]. 段泽伟. 航空计算技术. 2018(04)
[3]民用航空发动机适航审定对单粒子效应的考虑[J]. 綦蕾,周燕佩. 航空科学技术. 2018(06)
[4]基于SoC的信号跨时钟域传输验证方法研究[J]. 王鹏,尤然,刘旭红,范毓洋,田毅. 电子技术应用. 2017(12)
[5]IMA平台分区分析方法研究[J]. 郭庆,孔德岐,赵茜. 南京航空航天大学学报. 2017(S1)
[6]数据集中器同步客户端设计与实现[J]. 刘学斌,李峭,王彤,熊华钢. 电光与控制. 2017(05)
[7]宇航固态存储器可靠性设计[J]. 徐瑞瑞,刘攀,赖晓敏. 科学技术与工程. 2015(13)
[8]一种航空智能传感器设计方案[J]. 车炯晖,呼明亮,王皎. 电脑知识与技术. 2015(08)
[9]航空电子产业发展研究[J]. 谢春茂. 科技传播. 2013(12)
[10]一种网关协议转换方法分析及设计[J]. 张志平,刘智武,张亚棣,王红春. 电子技术. 2013(04)
硕士论文
[1]基于以太网传输的冲击波超压测试系统研究[D]. 秦泗超.中北大学 2018
[2]基于Zynq-7000的星载软件抗软错误设计方法研究[D]. 沈露.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于航天的FPGA IP核加固技术研究[D]. 李远辉.北京邮电大学 2017
[4]复杂航电逻辑的构型控制系统自动配置方法研究[D]. 饶容海.中国民航大学 2016
[5]基于FPGA的以太网传输系统的研究与实现[D]. 王新颖.北京理工大学 2016
[6]机载复杂电子硬件跨时钟域同步电路验证方法研究[D]. 刘万和.中国民航大学 2016
[7]模型驱动的IMA系统资源配置分析与验证及优化方法研究[D]. 程桢.南京航空航天大学 2016
[8]基于SOPC千兆以太网的数据交换系统设计[D]. 曾宇前.西安电子科技大学 2015
[9]用于雷达测距与测速的数据处理系统设计与实现[D]. 王旭.天津大学 2016
[10]基于SOPC技术的报文解析系统的设计与实现[D]. 傅根.电子科技大学 2015
本文编号：3268896
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