航空電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中FPGA技術(shù)的應(yīng)用

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的問題
由于競(jìng)爭(zhēng)的壓力和對(duì)飛機(jī)性能無止境的追求，航空電子從簡(jiǎn)單、獨(dú)立的設(shè)備發(fā)展到如今以每秒百萬位乃至更快的速度交換信息的高級(jí)智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。這也帶來了必須克服的許多設(shè)計(jì)問題(見表1)。

在要求高性能的航空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，每項(xiàng)設(shè)計(jì)都要減少空間、功耗和重量，滿足這些要求至關(guān)重要。這項(xiàng)要求直接作用于芯片級(jí)別，單一芯片體積減小后對(duì)所需板卡的要求也會(huì)降低，從而降低了對(duì)封裝外殼、固定元件、冷卻器件甚至是電源的要求。同樣，每多增加一個(gè)組件，都會(huì)增加一些引發(fā)故障的機(jī)會(huì)。減少芯片數(shù)量的設(shè)計(jì)必然有助于緩解這些問題。廢棄則是像MIL-STD-1553設(shè)計(jì)實(shí)施這類長(zhǎng)期項(xiàng)目所面臨的另一個(gè)問題。每個(gè)組件無論其是由世界最大的制造商提供，還是來自于產(chǎn)量較小的專業(yè)供應(yīng)商，都存在著廢棄的風(fēng)險(xiǎn)。單一來源的組件不但面臨著被廢棄的風(fēng)險(xiǎn)，還有個(gè)長(zhǎng)期價(jià)格保護(hù)的問題，特別是那些從原有項(xiàng)目繼承的設(shè)計(jì)，這個(gè)問題更為明顯。對(duì)于已經(jīng)部署的系統(tǒng)，由于所涉及的代價(jià)過高，應(yīng)盡量避免由于廢棄組件而重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)系統(tǒng)架構(gòu)師指定一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必然會(huì)存在架構(gòu)無法正確實(shí)現(xiàn)的某種風(fēng)險(xiǎn)。一個(gè)非常典型的問題是：經(jīng)常在設(shè)計(jì)過程中或架構(gòu)確定很久之后(如在集成階段)，才知道需求有所變化。這些變化一般都會(huì)增加對(duì)架構(gòu)的要求，并提出一些關(guān)于設(shè)計(jì)的常見問題，如：設(shè)計(jì)足夠靈活嗎?能提供充分的處理能力嗎?功能在硬件和軟件之問是否得以有效且高效地進(jìn)行了區(qū)分?能達(dá)到關(guān)鍵時(shí)間要求嗎?
理想狀況下，所選定的架構(gòu)應(yīng)功能強(qiáng)大、應(yīng)用靈活，足以在初始部署階段就將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，并且提供了一個(gè)允許系統(tǒng)隨著時(shí)間發(fā)展的平臺(tái)。
理想條件下，一個(gè)MIL-STD-1553設(shè)計(jì)師可以采用傳統(tǒng)的技術(shù)，使用有多個(gè)來源的COTS組件來解決這些問題。這種由大量市場(chǎng)提供的組件在性價(jià)比上有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2 MIL-STD-1553簡(jiǎn)介
請(qǐng)看一下數(shù)據(jù)傳輸路徑，即圖1中的MIL-STD-1553總線結(jié)構(gòu)。MIL-STD-1553是一種定義數(shù)據(jù)總線的電子和協(xié)議特點(diǎn)的軍用標(biāo)準(zhǔn)。作為一種在軍用和商用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用超過25年之久的總線，并且符合MIL-STD-1553標(biāo)準(zhǔn)，它能以1 Mbit／s的速率高度精確、極為可靠地傳輸數(shù)據(jù)。

根據(jù)MIL-STD-1553標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，總線結(jié)構(gòu)由三個(gè)不同的硬件組成：
●總線控制器――總線控制器是總線上唯一允許在數(shù)據(jù)總線上發(fā)出命令，并負(fù)責(zé)引導(dǎo)數(shù)據(jù)總線中數(shù)據(jù)流的硬件設(shè)備。如果同時(shí)有幾個(gè)終端可以實(shí)現(xiàn)總線控制器的功能，同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)處于活動(dòng)狀態(tài)。