來源：電子技術(shù)應(yīng)用  作者：中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 白效賢 袁炳南 張俊民

摘要：介紹了基于cPCI總線的新一代嵌入式遙測(cè)前端處理器的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和通用OEM硬件選擇，重點(diǎn)介紹了多功能雙路PcM分路器板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)述了遙測(cè)前端處理器中的軟件。

關(guān)鍵詞：嵌入式遙測(cè)前端處理器cPCI總線分路器

遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在航空、航天等軍工試驗(yàn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在航空飛行試驗(yàn)中．遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為各類試飛測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理提供了手段和平臺(tái)，是試飛員、試飛指揮員及試飛工程師協(xié)同完成新機(jī)試飛必不可少的重要設(shè)施，是確�，F(xiàn)代飛機(jī)試飛安全、提高試飛效率、縮短試飛周期、實(shí)現(xiàn)綜合試飛的重要手段。

遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的核心設(shè)備——遙測(cè)前端處理器，技術(shù)上經(jīng)歷了從分立式、智能式到嵌入式的快速發(fā)展。我國(guó)遙測(cè)前端處理器的研發(fā)經(jīng)歷了從引進(jìn)、合作研制到完全自行研制的歷程。

遙測(cè)前端處理器是一套嵌入式實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，承擔(dān)著遙測(cè)PCM數(shù)據(jù)的同步、分路、工程單位轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分配等實(shí)時(shí)處理任務(wù)。它和遙測(cè)系統(tǒng)管理服務(wù)器、工作站等設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接和系統(tǒng)集成，組成當(dāng)前流行的基于C／S結(jié)構(gòu)的遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)�？梢哉f，遙測(cè)前端處理器的技術(shù)水平代表了遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的技術(shù)水平。

1 系統(tǒng)功能和主要技術(shù)指標(biāo)
遙測(cè)前端處理器的功能簡(jiǎn)單地說，就是把來自遙測(cè)接收設(shè)備送來的多路串行PCM(Pulse Code Modulation)數(shù)據(jù)流進(jìn)行同步、分路、合并、存儲(chǔ)，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行工程單位轉(zhuǎn)換、導(dǎo)出參數(shù)計(jì)算等實(shí)時(shí)處理，通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送給顯示工作站。再通過遙測(cè)記錄數(shù)據(jù)重放，為用戶提供同實(shí)時(shí)方式一樣的處理功能和更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析功能。

遙測(cè)前端處理器主要技術(shù)指標(biāo)為：
(1)可同時(shí)完成2路PCM數(shù)據(jù)流的同步和分路，每路PCM速率不大于20Mbps。
(2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理速率：20Mbps。
(3)數(shù)據(jù)傳輸：交換式以太網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)帶寬1000Mbps、廣播方式和“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”方式。
(4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：滿足在最大速率下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不丟失，磁盤容量滿足不小于4小時(shí)的記錄時(shí)間。
(5)D／A輸出：12位、16路模擬信號(hào)輸出。

2 系統(tǒng)組成和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
二十世紀(jì)90年代，因受當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)限制，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)嵌入式遙測(cè)前端處理器都采用了基于VME總線的計(jì)算機(jī)平臺(tái)和雙總線、多CPU、百兆以太網(wǎng)接口的體系結(jié)構(gòu)，其技術(shù)復(fù)雜、成本高、軟件開發(fā)難度大、系統(tǒng)研制周期長(zhǎng)。

當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得CPU速度和總線速率已不再是新一代嵌入式遙測(cè)前端處理器的瓶頸，基于單CPU、單總線和千兆以太網(wǎng)接口的體系結(jié)構(gòu)成為新一代嵌入式遙測(cè)前端處理器的主流設(shè)計(jì)。板卡化后的遙測(cè)前端設(shè)備，如碼同步器、分路器、時(shí)碼發(fā)生器等作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)插件板，嵌人到工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，其組成已簡(jiǎn)化為：19英寸計(jì)算機(jī)箱、CPU板、多功能PCM分路器板、時(shí)碼板、D／A板和存儲(chǔ)設(shè)備，其典型結(jié)構(gòu)與組成見圖1所示。新一代嵌入式遙測(cè)前端處理器體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，性能和可靠性提高，成本降低，研制周期縮短，更容易集成為基于C/S結(jié)構(gòu)的多數(shù)據(jù)流遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

3 硬件設(shè)計(jì)
3．1 總線平臺(tái)和OEM板卡的選擇
計(jì)算機(jī)總線平臺(tái)是嵌入式遙測(cè)前端處理器的關(guān)鍵，當(dāng)前國(guó)外嵌入式遙測(cè)前端處理器均選用了目前流行的Compact PCI計(jì)算機(jī)總線平臺(tái)。該平臺(tái)吸收了PC機(jī)商用技術(shù)的最新成果，數(shù)據(jù)傳輸速率滿足新一代嵌入式遙測(cè)前端處理器實(shí)時(shí)處理多條PCM數(shù)據(jù)流時(shí)的傳輸要求，環(huán)境條件、可靠性等都滿足運(yùn)輸類飛機(jī)機(jī)載、地面活動(dòng)車載等環(huán)境使用要求。

遙測(cè)前端處理器中的其他硬件，除PCM分路器板外，均選用了OEM產(chǎn)品。機(jī)箱選用12槽Compact PCI機(jī)箱(包括電源組件和磁盤)；根據(jù)處理要求，本設(shè)計(jì)的CPU板選用了美國(guó)SBS公司的C7系列，CPU PⅢ1GHz，RAM 1GB，2個(gè)1000Mb以太網(wǎng)口，1個(gè)SCSI口。時(shí)碼板選用了美國(guó)DATUM公司帶GPS授時(shí)的BC637；D／A板選用了美國(guó)NI公司的N16713系列，每板8通道．每通道lMSps，D/A分辨率為12位。

考慮到單片式全數(shù)字碼同步器在國(guó)外已有使用，因此在多功能雙PCM分路器板設(shè)計(jì)時(shí)已預(yù)留了單片碼同步器的芯片位置。本設(shè)計(jì)碼同步器選用外置式碼同步器。

3．2 多功能雙PCM分路器板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
PCM分路器板是嵌入式遙測(cè)前端處理器的關(guān)鍵插件，國(guó)外也有不少單板、單PCM分路的OEM產(chǎn)品。但高端產(chǎn)品的購置受到西方國(guó)家諸多限制，因此，選取了自行設(shè)計(jì)的技術(shù)途經(jīng)，研制成功了基于Compact PCI總線的多功能雙路。PCM分路器板，其技術(shù)水平達(dá)到當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)水平。

3．2．1 PCM分路器板的硬件邏輯設(shè)計(jì)
多功能雙PCM分路器的原理框圖如圖2所示，由雙PC