基于IMA架構的機電系統通信模塊設計

郭建奇　范新明　陳帥　張宇坤

摘 要：模塊級高度綜合集成結構（IMA）是航空電子系統的發展趨勢，在其高速發展的背景下，基于資源的高效利用和系統可重構的要求，航空電子設備向綜合模塊化形式發展。本文提出一種基于IMA架構的機電系統通信模塊設計，形成以LRM（Line Replaceable Module）為基礎單元的通信模塊，該模塊支持RS422、HB6096通信等功能，具有集成度高、開放性好、全壽命成本低、良好的維修性和可靠性等特點。

關鍵詞：航空電子系統；模塊級綜合集成結構；通信模塊

綜合航空電子技術的發展基本經歷了分散、聯合、綜合、高度綜合4個階段[1]；航空電子設備的結構形式也大致相應地分為分離式、聯合式、綜合式和綜合模塊化式4個階段。[2]就我國而言，綜合模塊化結構形式（IMA）的航空電子設備正處于高速發展階段。[3]在綜合化模塊化架構中LRM是基本的硬件構件，所有的IMA結構都在減少LRM的類型與數量。[4]

本文設計的一種通信接口模塊（簡稱SIM模塊），用于某機載機電管理計算機（簡稱UMC）中，可支持RS422、HB6096總線通信等功能。

1 總體方案設計

UMC內部采用VME總線，主要包括SIM模塊、CPU模塊、電源模塊及其他功能模塊等，其內部交聯關系如圖1所示。CPU模塊通過VME總線對SIM模塊資源進行訪問，實現與外部設備的通信。

在本設計中，SIM采用“FPGA+外圍通信接口”的結構，FPGA采用 VHDL 語言編碼，SIM模塊電路主要包括：

a.VME接口及控制邏輯電路：實現與主處理器PowerPC 的數據交換；

b.RS422 通信電路：收發EIA-RS-422A數據；

c.HB6096 通信電路：收發HB6096 數據。

2 電路設計

2.1 VME接口及控制邏輯

SIM模塊作為CPU模塊的從設備，通過VME總線與CPU模塊進行通訊，在FPGA中實現地址譯碼，產生模塊內部口地址和控制信號，為各個電路提供口地址和控制信號，使CPU 模塊能夠正確的讀寫SIM模塊的資源。

2.2 RS422通信電路

SIM模塊RS422 總線用來與外部子系統EIA-RS-422接口進行通信。在本設計中，SIM模塊采用FPGA設計完成12路全雙工收發RS-422總線功能，其電路形式如圖2所示。通過軟件控制模擬開關的接通狀態，實現正常收發功能和外回繞自測試功能。

正常收發工作態下，通過控制多路模擬開關，將RS-422輸入接至總線接收驅動，實現正常通訊；自測試時，控制多路選擇開關，將RS-422輸出接至總線接收驅動，實現發送數據的外回繞自測試。

2.3 HB6096通信電路

SIM模塊采用FPGA設計實現12路發送12路接收HB6096總線通信功能，波特率可配置，采用FPGA設計，其功能框圖如圖3所示。通過軟件控制模擬開關的接通狀態，實現正常收發功能和外回繞自測試功能。

正常收發工作態下，通過控制多路模擬開關，將HB6096輸入接至總線接收驅動，實現正常通訊；自測試時，控制多路選擇開關，將HB6096輸出接至總線接收驅動，實現發送數據的外回繞自測試。

3 結語

本設計采用綜合模塊化結構形式（IMA）設計理念，將通信電路綜合到SIM模塊中，是UMC與外部設備通訊的集中支撐平臺。本設計具有集成度高、開放性好、全壽命成本低、維修性和可靠性高等特點。經機上聯試試飛驗證，模塊工作穩定可靠，具有良好的實用性能。

參考文獻：

[1]何志強.綜合化航空電子系統發展歷程及重要支撐技術[J].電訊技術，2004，44（4）：1-5.

[2]姚拱元，吳建民，陳若玉.航空電子系統綜合技術的發展與模塊化趨勢[J].航空電子技術，2002，33（1）：1-10，44.

[3]牛文生.機載計算機技術[M].北京：航空工業出版社，2013.

[4]牛文生，王樂.機載計算技術的新進展[J].航空科學技術，2012（4）：1-4.

作者簡介：郭建奇（1987-），男，江西吉安人，碩士，工程師，主要研究方向為機載計算機系統。