航電系統的soc技術研究

代飛揚 張曉峰 李華

摘 要：航電系統作為航空飛行器的重要組成部分之一，它的性能對航空飛行器的整體穩定性具有直接影響。為提高航電系統的性能，可對SOC技術進行合理應用。基于此點，本文從SOC的技術特點分析入手，論述了航電系統中SOC技術的應用。

關鍵詞：SOC技術 航電系統 應用

1 SOC的技術特點

SOC是系統級芯片，又被稱之為片上系統，可將之視作為一個具有專用目標的集成電路。SOC之所以能夠在諸多領域中得到廣泛應用，與其自身所具備的特點有著密不可分的關聯。SOC采用的是基于IP的設計模式，由此使其擁有了非常龐大的硬件規模，同時因SOC中軟件所占的比重較大。因此，需要采用協同設計的方法對軟硬件進行設計。在單個SOC上可以集成數量更多的配套電路，這樣不但節省了面積，而且還能降低成本，并且片上互聯的實現，使分布在電路板上的不同器件能夠進行數據互傳。目前，SOC已經成為集成電路設計的必然發展趨勢，它以自身優良的性能和功能在終端芯片領域中占據了主導性地位，應用范圍也在不斷擴大，以單芯片實現完成的電子系統是未來研究的主流方向。SOC的應用優勢體現在如下幾個方面：可使系統的耗電量顯著降低，能夠減小體積，提高運行速度，增加系統的功能，使系統的開發設計成本大幅度下降。

2航電系統中SOC技術的應用

航電系統是綜合航空電子系統的簡稱，它是現代戰斗機中不可或缺的重要組成部分之一，與戰斗機的作戰性能有著極為密切的關聯。高性能的航電系統可以大幅度提升戰斗機的整體作戰能力，從而使其能夠完成各種作戰任務。為提高航電系統的性能，可在系統設計中，對SOC進行合理應用。

2.1航電系統設計思路

為實現與總線控制器（BC）或是遠程終端（RT）之間的數據通訊，系統設計中采用了多路傳輸數據總線接口模塊（MBI）。在典型的數字電路中，可將CPU、數據存儲器、時鐘電路、邏輯控制器等全部集成到一塊芯片上，并與通訊模塊相連。在對MBI模塊進行設計的過程中，應用SOC時采用了Nios微處理器軟核，來實現相關功能。MBI模塊與中央處理器（CPU）之間主要是通過雙口存儲器進行連接，由此可實現二者之間的數據信息交換。

2.2系統的設計方法

2.2.1微型化處理。在應用SOC對航電系統進行設計的過程中，最終目的是對電路中的關鍵器件進行集成，如CPU、數據存儲器、時鐘、邏輯控制器等。集成后的芯片應當有盡可能小的體積，并且還應當能夠實現多種功能，由此可構成一個整體的MBI模塊。通過SOC的應用，主要是為了滿足MBI模塊的如下設計要求：將程序存儲器（16K字節）、RAM（8K字節）以及微處理器全部置于同一個芯片當中。

2.2.2芯片的功能。當微型化處理完畢后，便可按照SOC的設計思路，將帶有微處理器的電路集成到一塊芯片上，以此來替代原電路的功能，這樣便可獲得與原電路功能完全相同的芯片。Nios作為微處理器軟核，其主要針對的對象為現場可編程門陣列（FPGA），所以在預先設定的系統開發環境中，可對定時器、RAM元件進行調用，并將它們與Nios的CPU集成到一起進行編譯，由此可構成帶有CPU的SOC。其中RAM可對相關的數據信息進行存儲和堆棧，借助DMA（直接內存存取）可實現用戶接口與MBI模塊的連接，定時器則可實現時鐘功能。

2.3硬件配置

經過微型化處理后的MBI模塊主要是由以下硬件組成：FPGA芯片、通信協議處理芯片、總線收發器、變壓器、電源轉換芯片等。在本系統設計中，采用的Nios實現微處理器的各種功能，如程序初始化、自動測試、通訊及定時器管理等等。Nios帶有RAM和程序存儲器，并且具備可編程功能，當需要對程序進行修改時，不需要拔插芯片，從而使整個修改過程得以簡化。

2.3.1 DMA接口。為使協議芯片能夠隨時進行訪問，本次設計中采用雙接口，當硬件接到來自于DMA發出的中斷請求之后，便可做出快速響應。存儲器可直接完成通訊協議芯片的存取，并將數據信息發送給SRAM，當SRAM接收到數據后，微處理器可對其中的信息進行讀取。

2.3.2頻率分配。在本次設計中，MBI模塊中存在不同種類的時鐘，如實時時鐘、延遲時鐘、看門狗等等，除此之外，還有一個24M的外接時鐘。因此，需要使用分頻模塊，對這四個時鐘的頻率進行合理分配。

2.4系統軟件設計

MBI模塊的應用軟件由以下幾個部分組成：系統初始化程序、自動測試程序、BC和RT控制程序等。在本次設計中，上述程序全部通過嵌入式C語言進行實現。各軟件程序的具體功能如下：

2.4.1初始化程序。該程序能夠實現的功能包括MBI模塊控制器初始化、定時器初始化等。

2.4.2自動測試程序。當系統上電之后，該程序可以完成MBI模塊自動測試和內部自檢。

2.4.3 BC和RT控制程序。該程序可以完成MBI模塊作為BC或是RT的數據傳輸過程。

當系統軟件設計完畢后，為驗證其可用性，需要進行相關調試。在本次系統設計中，調試與監控軟件采用的是Nios軟件包自帶的工具，即Toolkit，這是一款開放式的軟件程序開發工具包，其中集成了多種先進的技術，如C++編譯器、連接工具、宏匯編以及應用庫等等。經過測試，所有軟件程序的功能全部正常。

結 論

綜上所述，為提高航電系統的整體性能，可在系統設計中，對SOC技術進行合理應用，依托SOC設計出來的航電系統不但體積小，而且耗電量更低，系統的運行速度在原本的基礎上顯著提升，系統的開發設計成本大幅度下降。由此可見，SOC技術在航電系統設計中具有良好的適用性。

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