- 相關(guān)推薦
基于PowerPC+DSP總線通信軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文
針對(duì)現(xiàn)代總線控制管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合某型飛機(jī)航空通信總線控制管理的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了基于PowerPC + DSP的總線通信系統(tǒng)軟件，主要是對(duì)RS422串行通信總線和ARINC429總線進(jìn)行控制和管理。該軟件分為驅(qū)動(dòng)軟件和控制軟件，驅(qū)動(dòng)軟件運(yùn)行在PowerPC上，它實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)應(yīng)用軟件間的接口控制和數(shù)據(jù)傳遞，可提供各類消息數(shù)據(jù)的讀、寫支持，并對(duì)DSP內(nèi)程序進(jìn)行調(diào)度�？刂栖浖\(yùn)行在DSP上，它負(fù)責(zé)RS422串行通信總線和ARINC429總線通信的控制、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等。
PowerPC和DSP通過(guò)雙口存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。該中還介紹了總線通信系統(tǒng)中PowerPC和DSP的故障管理功能。本軟件充分利用系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)了通信總線的控制與管理，滿足航電系統(tǒng)總線通信與管理的要求。
PowerPC是IBM和Motorola公司共同開(kāi)發(fā)的高性能、低功耗、開(kāi)放架構(gòu)的處理器，采用簡(jiǎn)單的指令集(RISC)，同時(shí)集成了PCI -Express、千兆網(wǎng)絡(luò)、RapidIO及CAN等多種網(wǎng)絡(luò)通信控制器，支持DMA、I2C、UART等數(shù)據(jù)交換組件，具有處理能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)通信接口多等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車電子、航空航天、工業(yè)控制等要求高性能和高可靠性的領(lǐng)域[1-3]。鑒于此，文中設(shè)計(jì)了一種基于PowerPC750配有VME總線的CPU模塊，滿足現(xiàn)代武器裝備的需求。
TMS320F240系列DSP是美國(guó)TI公司于1997年推出的，專為數(shù)字電機(jī)控制和其他控制應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。它將數(shù)字信號(hào)處理的高速運(yùn)算功能與面向電機(jī)的強(qiáng)大控制能力結(jié)合在一起，從而成為傳統(tǒng)的多微處理器單元和多片設(shè)計(jì)系統(tǒng)的理想替代品。
F240片內(nèi)外設(shè)包括雙10位A/D轉(zhuǎn)換器，帶有鎖相環(huán)PLL時(shí)鐘模塊，帶中斷的看門狗定時(shí)器模塊，串行通信接口SCI及串行外設(shè)接口SPI，另外，還集成了一個(gè)事件管理模塊EVM。因此，F(xiàn)240不僅具有高速數(shù)據(jù)處理能力，還具有控制和事件管理能力，可完成人機(jī)界面，與上位機(jī)進(jìn)行串行通信[4-5]。
1 總線通信系統(tǒng)架構(gòu)
總線通信系統(tǒng)由一個(gè)CPU(PowerPC)模塊、一個(gè)DSP模塊以及電源模塊組成。CPU模塊采用PowerPC750處理器，同時(shí)集成了網(wǎng)卡和大容量FLASH，具有高速的數(shù)據(jù)采集及處理、仿真任務(wù)調(diào)度以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。DSP模塊采用TMS320F240系列芯片，通過(guò)局部總線，與外界設(shè)備通過(guò)RS422、ARINC429等數(shù)據(jù)交換總線相連。
用戶通過(guò)PowerPC發(fā)送和接收任務(wù)數(shù)據(jù)，PowerPC再通過(guò)雙口存儲(chǔ)器與DSP相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，DSP則負(fù)責(zé)RS422串行通信總線和ARINC429總線通信的控制管理、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等，以上整個(gè)系統(tǒng)完成了總線的通信功能。總線通信系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
2 總線通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1總線通信系統(tǒng)軟件概述
總線通信系統(tǒng)軟件由驅(qū)動(dòng)軟件和控制軟件組成，是實(shí)現(xiàn)RS422串行通信和ARINC429總線通信的專用軟件。其中，驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)應(yīng)用軟件間的接口控制與數(shù)據(jù)傳遞，它可提供各類消息數(shù)據(jù)的讀、寫支持，對(duì)DSP內(nèi)程序的調(diào)度�？刂栖浖�(fù)責(zé)RS422串行通信和ARINC429總線通信的控制、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等。
2.2驅(qū)動(dòng)軟件
驅(qū)動(dòng)軟件運(yùn)行在PowerPC模塊上，是應(yīng)用軟件與控制軟件的接口軟件，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的管理功能，驅(qū)動(dòng)軟件控制DSP模塊的初始化、啟動(dòng)、停止、自測(cè)試，監(jiān)控DSP模塊狀態(tài)，控制DSP模塊和主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。驅(qū)動(dòng)軟件操作狀態(tài)及轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。
當(dāng)DSP在處在停止?fàn)顟B(tài)，調(diào)用DSP_Bit進(jìn)行DSP自檢測(cè)，調(diào)用DSP_Initialize進(jìn)行DSP初始化。初始化完成后可調(diào)用DSP_Go將DSP轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)下可調(diào)用操作信息驅(qū)動(dòng)程序、RS422驅(qū)動(dòng)程序和ARINC429總線驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)行消息傳輸，也可調(diào)用DSP_Stop將DSP轉(zhuǎn)入停止?fàn)顟B(tài)。
驅(qū)動(dòng)軟件按其功能分為：模塊控制程序、RS422控制程序、ARINC429總線控制程序、操作信息控制程序。
模塊控制程序的主要功能是啟動(dòng)DSP模塊上的初始化程序，使DSP初始化，然后啟動(dòng)DSP上的啟動(dòng)程序使DSP開(kāi)始工作，還可以停止DSP運(yùn)行以及啟動(dòng)DSP上的BIT程序進(jìn)行自檢測(cè)。
RS422控制程序的主要功能包括對(duì)RS422各通道進(jìn)行初始化(各通道的接收/發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)劃分，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的新數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤、中斷等標(biāo)志字的設(shè)置，波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位和停止位的設(shè)置)，接著從雙口存儲(chǔ)器讀DSP端RS422接收到的消息，并將要通過(guò)RS422發(fā)送的消息數(shù)據(jù)寫入雙口存儲(chǔ)器，最終由DSP上的RS422進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。通過(guò)檢查RS422的接收緩沖區(qū)，可以檢查是否有新數(shù)據(jù)。
ARINC429總線控制程序主要功能包括對(duì)ARINC429總線通道進(jìn)行初始化，從雙口存儲(chǔ)器讀ARINC429總線接收到的消息，并將要通過(guò)ARINC429總線發(fā)送的消息寫入雙口存儲(chǔ)器。
操作信息控制程序主要包括讀DSP模塊的自檢測(cè)結(jié)果，讀取DSP的HeartBeat計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值，讀取DSP的狀態(tài)，建立主機(jī)和DSP之間的通訊，復(fù)位DSP模塊。
2.3控制軟件
控制軟件運(yùn)行在DSP模塊上，它負(fù)責(zé)RS422串行通信總線和ARINC429總線通信的控制、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等�？刂栖浖闹鞒绦蛑邪▽�(duì)DSP的初始化、啟動(dòng)、自檢測(cè)、停止及復(fù)位等功能�？刂栖浖憫�(yīng)來(lái)自運(yùn)行在PowerPC上驅(qū)動(dòng)軟件的下發(fā)的命令，進(jìn)行相應(yīng)功能操作。在DSP模塊初始化中，定時(shí)器中斷被使能。定時(shí)器中斷服務(wù)程序會(huì)以固定的周期執(zhí)行，其中包括RS422通信握手，RS422在線狀態(tài)判斷，RS422發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，ARINC429總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等程序。
RS422通信握手程序首先從PowerPC寫入雙口存儲(chǔ)器的相應(yīng)地址中讀取通信狀態(tài)字，然后判斷各通道狀態(tài)，若三次接收到的通信狀態(tài)字均為預(yù)值，則通信建立成功。
RS422在線狀態(tài)判斷程序負(fù)責(zé)讀取各通道的在線狀態(tài)，如果該通道已建立好通信，則清空接收寄存器，發(fā)送該通道在線狀態(tài)命令;接收在線狀態(tài)程序接收的現(xiàn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度若等于該通道的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，則判斷該通道的設(shè)備在線。
RS422串行通信總線和ARINC429總線均采用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。
2.4故障管理
故障管理分為兩部分：PowerPC故障管理和DSP故障管理，每部分包含了故障檢測(cè)、故障過(guò)濾和故障處理。如圖3所示。
DSP的故障檢測(cè)的手段主要有BIT和軟件注入，PowerPC模塊主要有BIT，VxWorks5.5捕獲軟件故障、DSP注入、應(yīng)用軟件注入。BIT包含PUBIT、PBIT和IBIT，PUBIT上電后對(duì)系統(tǒng)硬件資源的檢測(cè)，PBIT系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)硬件資源周期性的檢測(cè)，IBIT由用戶啟動(dòng)對(duì)系統(tǒng)硬件資源的檢測(cè)，BIT能夠完成整個(gè)周期硬件資源的檢測(cè)。
應(yīng)用軟件在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)故障，將該故障注入故障隊(duì)列中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件故障的管理。DSP發(fā)生致命性的，自己無(wú)法處理或者需要PowerPC處理的故障時(shí)，將此類故障注入PowerPC的故障隊(duì)列中，以提高系統(tǒng)處理故障的能力。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，VxWorks5.5將捕獲的異常信息注入故障隊(duì)列中，以解決運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的異常。
系統(tǒng)中的故障按照存在程度分為暫時(shí)性故障和永久性故障。暫時(shí)性故障帶有間斷性，是在一定條件下產(chǎn)生的故障，通過(guò)系統(tǒng)的調(diào)整或者運(yùn)行環(huán)境的改變消失的故障。永久性故障具有永恒性，一旦發(fā)生故障，則系統(tǒng)無(wú)法自身的恢復(fù)，一直處于故障狀態(tài)。
按照故障的嚴(yán)重程度將故障分為破壞性故障和非破壞性故障，破壞性故障一旦發(fā)生，將對(duì)系統(tǒng)造成致命的破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作;非破壞性故障一般是局部的，影響系統(tǒng)的部分功能，但不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成致命性破壞。故障管理需要將同時(shí)具有非破壞性和暫時(shí)性的故障采用門限值的方式過(guò)濾掉，將過(guò)濾后的故障和其他類型的故障提交給故障處理機(jī)制處理。
門限值的過(guò)濾方式：在故障檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后，設(shè)備的故障數(shù)N=N+1，當(dāng)N超過(guò)門限值W時(shí)，則向故障處理機(jī)制提交故障;再次檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備正常則N=N-1，當(dāng)N<0時(shí)，則將N設(shè)為0。
3 小結(jié)
在總線通信軟件中采用PowerPC + DSP的結(jié)構(gòu)，既能發(fā)揮PowerPC高速信號(hào)采集和處理能力，又能發(fā)揮DSP高速數(shù)字信號(hào)處理能力。PowerPC上運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)軟件是應(yīng)用軟件與控制軟件的接口軟件，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件的管理功能;DSP上運(yùn)行的控制軟件，它負(fù)責(zé)RS422串行通信總線和ARINC429總線通信的控制、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等。該軟件充分利用系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)了通信總線的控制與管理，滿足了航電總線通信與管理的要求。
【基于PowerPC+DSP總線通信軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文】相關(guān)文章：
基于PCI總線的CAN卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03-18
基于USB總線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03-19
基于CAN總線的EV電控系統(tǒng)通信的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)03-19
基于CAN總線的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03-07
基于FPGA的HDLC通信模塊的實(shí)現(xiàn)05-14
基于軟件無(wú)線電的GPP通信波形軟件設(shè)計(jì)方法03-11
一種基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)11-20
基于GPIB總線技術(shù)的TD-SCDMA通信儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)03-07