一体化信息处理平台总线架构设计与实现

发布时间：2017-10-13 07:30

  本文关键词：一体化信息处理平台总线架构设计与实现

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【摘要】：未来的信息化战争是空天地一体化的协同作战。一体化信息处理平台是空天地一体化飞行器的通用机载航空电子系统,需要支持硬件和软件重构以承载侦察、干扰、探测、通信、攻击等多功能多任务。这对该平台的数据处理能力等性能提出了更高的要求。总线系统的性能对航电系统的整体性能有着举足轻重的影响。数据传输速率是航电总线最关键的性能指标。一体化信息处理平台要求总线系统为子系统内部各模块提供吉比特级别高速数据互联,为子系统之间提供百兆比特级别高速数据互联。此外还要满足高可靠、高实时、低成本等性能特点。传统的航空电子系统所使用的成熟的ARINC429、MIL-STD-1553B、VME等总线无法满足其性能要求。因此需要为一体化信息处理平台设计一种新的总线系统。论文依托教研室的无人飞行器信息系统一体化技术研究项目,设计和实现一体化信息处理平台总线系统。首先根据设计目标以及可靠、实时、经济的设计原则制定OpenVPX和AFDX作为内外总线的两级复合总线架构整体方案,其中Open VPX作为内总线满足一体化信息处理平台子系统内部各个模块之间吉比特级别互联需求,AFDX网络作为外总线满足子系统之间百兆比特级别互联需求。然后分别详细设计OpenVPX和AFDX双冗余网络拓扑。其中Open VPX总线拓扑的设计在已有规范的基础上进行创新。其创新点包括增加扩展平面,为高速数据流水处理提供支撑;将交换管理槽位一分为二,以平衡接口数量过多和体积受限的矛盾;在功能冗余的基础上增加数据通道冗余,提高可靠性。接下来实现总线系统的主要硬件模块,包括Open VPX背板,总线系统主控板、VPX交换板等电路模块。驱动程序是应用进程调用总线功能的接口,所以接下来在硬件电路的基础上,使用分层的软件设计思想,实现基于Vx Works操作系统和P2041嵌入式微处理器的总线驱动程序,包括AFDX板卡驱动和SATA控制器驱动。为了提高系统的实时性,这些驱动的底层数据收发使用事件触发中断和DMA技术实现。论文最后测试总线系统的实现效果。首先加载编写的单片机初始化程序、复位配置字和系统镜像,成功实现了总线系统主控板的启动。然后编写数据传输应用分别测试Open VPX总线和AFDX总线的数据传输速率,最后测试总线的整体性能。实验结果表明总线系统性能达到了设计目标。
【关键词】：一体化信息处理平台 总线 Open VPX AFDX Vx Works P2041
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP336
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究历史与现状10-13
• 1.3 本文的主要贡献与创新13
• 1.4 论文主要内容13-15
• 第二章 一体化总线架构设计15-26
• 2.1 设计目标15
• 2.2 整体方案设计15-16
• 2.3 内总线设计16-22
• 2.3.1 Open VPX总线规范17-18
• 2.3.2 Open VPX总线拓扑设计18-22
• 2.4 外总线设计22-25
• 2.3.1 AFDX网络规范22-24
• 2.3.2 AFDX双冗余网络拓扑设计24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 一体化总线硬件实现26-51
• 3.1 OpenVPX背板电路实现26-31
• 3.1.1 公共平面26-29
• 3.1.2 数据平面29-30
• 3.1.3 控制平面30-31
• 3.1.4 扩展平面31
• 3.2 交换管理模块实现31-49
• 3.2.1 主控板硬件实现32-48
• 3.2.2 交换板硬件设计48-49
• 3.3 本章小节49-51
• 第四章 一体化总线驱动实现51-70
• 4.1 VxWorks设备驱动框架51-53
• 4.2 AFDX网络驱动实现53-62
• 4.2.1 AFDX板卡板卡电路结构及其接口分析53-55
• 4.2.2 AFDX板卡驱动实现55-62
• 4.2.2.1 驱动程序硬件层55-60
• 4.2.2.2 驱动程序端口层60-62
• 4.3 SATA总线驱动实现62-69
• 4.3.1 存储板卡电路结构及其接口分析62-64
• 4.3.2 存储板卡驱动实现64-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 系统测试70-79
• 5.1 主控板启动70-72
• 5.2 OpenVPX总线测试72-74
• 5.3 AFDX总线测试74-76
• 5.4 总线联合测试76-77
• 5.5 本章小结77-79
• 第六章 全文总结与展望79-81
• 6.1 全文总结79-80
• 6.2 后续工作展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 攻读硕士学位期间取得的成果85-86

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本文编号：1023580