基于cPCI总线的遥测前端处理器系统设计

基于cPCI总线的嵌入式遥测前端处理器系统设计

时间：2014-06-04 来源： 作者：

按照数据采集方案的格式要求，预先由处理器进行初始化设置，包括帧同步码组、同步码组的长度和允许同步码组的错误位数。随着时间的推移，PCM数据在CLDCK信号的控制下，逐位进入移位寄存器，移位寄存器的输出数据进入比较器，随时与帧同步码组进行比较，在同步码组长度逻辑的控制下，一旦检测到可能的同步码组，则比较器输出同步信号，该同步信号还必须由判决器来进行判决才能决定其是否有效。其方法是：预先设置允许的错误容限也就是允许的错误位数，然后根据比较器的输出信号是否满足错误容限的要求来决定真正的同步信号的输出。帧同步信号的产生为整个PCM分路器板提供了最基本、最重要的时序依据。

帧同步策略是PCM分路的关键技术之一，其意义在于最大限度地解决数据传输过程中造成的“漏同步”和“假同步”现象，以降低误码率，进一步提高数据检测的可靠性和有效性。一种基本的且经实践检验行之有效的帧同步策略是：在帧同步检测完成后，按照PCM格式定义的PCM字长和帧长，连续找到几个(一般为3个) 相匹配的同步码组后，即认为帧确为同步。

帧同步策略的逻辑实现如图4所示。由图4可以看出，帧同步的正确性可以依据以下条件：

(1)同步码组的正确性。

(2)帧长的正确性(通过帧长计数器与帧长预置值的比较实现)。

(3)同步、检测和失步的判别。不同的设计者可采用不同的方法，目的是消除假同步和漏同步的影响。可以采取以下方法：若比较器连续出现3个相等值时同步，当有一个不等值时，进入检测状态;而当出现连续3个不等值或检测一定时间后不能同步时，则进入失步状态。

以上解决了帧同步的问题，也就是找到了每一帧的起止位置。然而，每一帧的各数据字在特定的测试方案中又不可能相同，如何来确定某个参数字在哪一帧的哪个位置?帧同步以后，数据传输的正确位置是否可靠?这就是子帧同步要解决的问题。多年来，国内外广泛采用的于帧同步方式为ID同步方式。

子帧同步策略是PCM分路的另一关键技术，其意义在于：在帧同步的基础上，对数据的可靠性作进一步的容错检测。一种常用的且经实践检验较为可靠的子帧同步策略是：连续检查几个子帧数据(一般为3个)，其子帧同一位置的ID字如果相同或相邻子帧相应的ID字连续，则判决为子帧同步，否则子帧不同步。

子帧同步策略逻辑实现如图5所示。由图5可以看出，子帧同步与策略的正确性依据以下条件：

(1)ID字位置及其值的正确性(如过零检测)。

(2)子帧长的正确性(通过子帧长与帧计数器值的比较判断)。

(3)同步、检测和失步的判别，方法与帧同步策略类似。

在本设计中，双PCM帧同步检测、帧/子帧同步策略均通过CPLD逻辑器件实现，不仅提高了设计的集成度，而且提高了系统的可靠性及其性能，使每路PCM分路速率达到20Mbps的国际先进水平。

4 软件平台选择及软件组成

目前常用的遥测前端处理器操作系统有Windows2000和VxWorks二种。Windows2000通用、软件资源丰富、易于使用和扩展;而 VxWorks是一个用途广泛的实时操作系统，具有良好的实时性、可靠性和可裁减性。根据遥测数据处理的实际需求，本设计选用了Windows2000，程序设计语言选用C++。

遥测前端处理器软件组成与实时数据处理流程框图如图6所示。

图6 遥测前端处理器软件组成与实际工资时数据处理流程

遥测前端处理器中的软件由PCM数据采集、参数提取、工程单位转换、数据合并与导参数计算、报警参数处理、数据存储、网络通信与数据分配等模块组成。其中，采集、参数提取、工程单位转换模块与数据流相对应，每个数据流单独一套。PCM数据经采集后，接事先定义对参数进行提取、工程单位转换和必要的处理、存储。按事先设置，需要模拟输出的数据直接由D/A板输出，通过网络把工程单位数据和原始数据传输给工作站，由工作站完成遥测数据的各种方式的可视化显示和飞行试验专用数据分析与处理。

基于cPCI总线的新一代嵌入式遥测前端处理器的设计和实现，使遥测数据处理系统的集成更加容易。其20Mbps的速率、双路PCM数据的分路和实时处理能力。可满足现代军、民机飞行试验遥测数据处理要求。它的应用使我国的飞行试验遥测数据处理技术水平得到很大的提升。同时，cPCI总线的加固特性，使以嵌人式遥测前端处理器为核心而组成的实时遥测数据处理系统，满足了运输类飞机机载要求和地面车载环境要求，拓宽了遥测前端处理器在军工试验和民用工业试验等领域内的应用范围，有着广阔的应用前景。