一种基于soc与fpga集成的机载综合控制系统及装置
技术领域
1.本技术涉及飞机测试与控制技术领域，更具体地，涉及一种基于soc与fpga集成的机载综合控制系统及装置。
背景技术：2.机载综合控制装置可实现与飞机通讯、执行飞机的指令完成测试与控制等功能，是连接飞机与终端系统的桥梁。随着终端系统集成化程度越来越高，体积越来越小，重量越来越轻，对系统内部的装置要求也越来越高。控制装置从最开始较为简单的功能：通讯、控制、测试，逐渐增加功能：电压监测、状态检测、控制信号回测、火工品回路管制等，这就对硬件接口、软件控制等提出更高的要求。
3.前期的机载综合控制装置采用了arm+cpld、dsp+cpld架构及外围的控制器实现通讯、测试控制功能，所选择的arm和dsp芯片的gpio都有限，通过外部emif总线与cpld进行译码，常用的cpld有epm2210f324i5n等。随着对机载综合控制装置在各方面的要求不断提高，前期的架构及使用控制器实现单机功能的方式已经远远不能满足现有的需求，对处理器及外围电路提出更高的要求。
4.以处理器为例，单一的处理器已经不能适应功能复杂的单机，而片上系统(system on chip，soc)等集成化的处理器，能在一个单芯片上集成高密集数据处理电路、模拟电路、各类输入输出通讯接口以及专用算法、协议的片上控制微系统，能够在一个芯片内处理声、光、电、磁等信号，从而使整个系统集成度更高、功能更强、功耗更低，具有更高的可靠性。集成化的处理器以其绝对的优势，在控制系统中占据重要的一角。
5.以译码控制电路为例。目前主流的译码控制电路可选择可编程逻辑器件(cpld)和现场可编译门阵列(fpga)，二者各有优缺点，在i/o资源同样满足的情况下，cpld具有供电电源简单、无需外接flash的优点，但同时可看出其仅适合组合逻辑，不适合时序逻辑。而fpga尽管需要较为复杂的供电，还需要外扩flash，但拥有更多的用户i/o，并且其适合处理复杂的时序逻辑，可以集成复杂的ip核，如can总线控制器内核、1553b总线控制器内核，能够大大简化外围电路。
6.为了使得综合控制装置能在功能、体积、重量上进一步优化，就需要对其的架构进行调整，并实现机内自测，而soc&fpga由于其优良性能恰好能满足该要求。
技术实现要素：7.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了基于soc与fpga集成的机载综合控制系统及装置，将fpga芯片集成于soc处理器中，与外围电路及其他单元实现机载设备与终端系统之间的通信。
8.为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种基于soc与fpga集成的机载综合控制系统，该系统包括控制组件、时序组件与多个接口模块；其中，所述控制组件包括soc处理器、fpga芯片与多个收发电路模块；
9.所述多个收发电路模块均与所述soc处理器连接，所述多个接口模块中的各接口模块一端与对应的一个收发电路模块连接，另一端与机载设备或终端系统连接，收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第一指令信息与终端系统的第二指令信息并将其传输至soc处理器，以及将soc处理器处理后的第一指令信息传输至终端系统；
10.所述fpga芯片集成于所述soc处理器内部，用于控制所述第一指令信息与第二指令信息的逻辑输入与输出；
11.所述时序组件分别与所述控制组件和接口模块连接，用于将所述soc处理器处理的终端系统的第二指令信息通过所述接口模块输出至机载设备。
12.进一步的，上述机载综合控制系统，所述多个接口模块包括1533b通讯接口、can通讯及状态接口、信号输出接口与电源接口；其中，
13.所述1533b通讯接口与机载设备连接，所述can通讯及状态接口与终端系统连接；所述信号输出接口一端与所述时序组件连接，另一端与机载设备连接。
14.进一步的，上述机载综合控制系统，所述收发电路模块包括1533b收发电路；
15.所述1533b收发电路一端与所述soc处理器连接，另一端与所述1533b通讯接口连接，用于采集并处理机载设备发出的第一指令信息。
16.进一步的，上述机载综合控制系统，所述收发电路模块还包括can隔离收发电路；
17.所述can隔离电路一端与所述soc处理器连接，另一端与所述can通讯及状态接口连接，用于将所述处理后的第一指令信息传输至终端系统，以及采集终端系统发出的第二指令信息。
18.进一步的，上述机载综合控制系统，其中，所述收发电路模块还包括模数采样电路，所述模数采样电路一端与soc处理器连接，另一端与所述机载综合控制系统各电路连接，用于采集电路中的电压信号，实时监测电压状态。
19.进一步的，上述机载综合控制系统，还包括输出电路，所述输出电路一端与所述fpga芯片连接，另一端与时序组件连接，用于输出所述soc处理器处理后的第二指令信息。
20.进一步的，上述机载综合控制系统，还包括输入电路，所述输入电路与所述soc处理器、输出电路和can通讯及状态接口连接，用于输出信号的回采以及采集时序组件与终端系统的状态信息。
21.进一步的，上述机载综合控制系统，其中，所述时序组件包括若干个继电器，用于通过所述继电器控制所述处理后的第二指令信息的输出。
22.进一步的，上述机载综合控制系统，还包括滤波组件，所述滤波组件与所述电源接口、控制组件和时序组件连接，用于完成电源的滤波以实现对所述机载综合控制系统供电。
23.按照本发明的第二个方面，还提供了一种基于soc与fpga集成的机载综合控制装置，该装置包括上述基于soc与fpga集成的机载综合控制系统。
24.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
25.(1)本发明提供的基于soc与fpga集成的机载综合控制系统，将fpga芯片集成于soc处理器中，用于处理复杂的时序逻辑，fpga芯片集成了can总线控制器内核与1553b总线控制器内核，大大简化了外围电路；该系统的soc处理器及与多个收发电路模块连接，采集机载设备的第一指令信息与终端系统的第二指令信息并将其传输至soc处理器，以及将soc
处理器处理后的第一指令信息传输至终端系统，实现了机载设备与终端系统之间的稳定通信；
26.(2)本发明提供的基于soc与fpga集成的机载综合控制系统，输入电路与soc处理器、输出电路和can通讯及状态接口连接，通过输入电路对输出信号与通讯状态进行回采，根据回采数据对该机载综合控制系统进行故障诊断，以及通过模数采样电路监控机载综合控制系统电路电压，实现机内自测功能。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术实施例提供的一种基于soc与fpga集成的机载综合控制系统的结构示意图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
30.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
31.一方面，本技术提供一种基于soc与fpga集成的机载综合控制系统，图1为本技术实施例提供的一种基于soc与fpga集成的机载综合控制系统的结构示意图，请参阅图1，该系统包括控制组件、时序组件与多个接口模块。
32.控制组件包括soc处理器、fpga芯片与多个收发电路模块，其中，多个接口模块中的各接口模块其一端与对应的一个收发电路模块连接，另一端与机载设备或终端系统连接，收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第一指令信息与终端系统的第二指令信息并将其传输至soc处理器，以及将soc处理器处理后的第一指令信息传输至终端系统；fpga芯片集成于soc处理器内部，用于控制第一指令信息与第二指令信息的逻辑输入与输出；时序组件分别与所述控制组件和接口模块连接，用于将所述soc处理器处理的终端系统的第二指令信息通过所述接口模块输出至机载设备。
33.接口模块包括1533b通讯接口xe/xf、can通讯及状态接口xc、信号输出接口xd与电源接口xa/xb；其中，1533b通讯接口xe/xf与机载设备连接，用于采集机载设备发出的第一指令；can通讯及状态接口xc与终端系统连接，用于向终端系统传输信息、采集终端系统发出的指令以及采集终端系统的状态信息；信号输出接口xd一端与时序组件连接，另一端与机载设备连接，用于将输出信号输送至机载设备；电源接口xa/xb与电源设备连接，用于对
机载综合控制系统各模块及其他设备供电。
34.在一个具体的实施例中，收发电路模块包括1533b收发电路与can隔离收发电路，1533b收发电路一端与所述soc处理器连接，另一端与所述1533b通讯接口连接，用于采集并处理机载设备发出的第一指令信息；can隔离电路一端与所述soc处理器连接，另一端与所述can通讯及状态接口连接，用于将所述处理后的第一指令信息传输至终端系统，以及采集终端系统发出的第二指令信息。收发电路模块还包括模数采样电路，所述模数采样电路一端与soc处理器连接，另一端与所述机载综合控制系统各电路连接，用于采集电路中的电压信号，实时监测电压状态，实现系统自测。
35.fpga芯片集成于soc处理器内部，用于控制机载综合控制系统的逻辑输入与输出。soc处理器能在一个单芯片上集成高密集数据处理电路、模拟电路、各类输入输出通讯接口以及专用算法、协议的片上控制微系统，能够在一个芯片内处理声、光、电、磁等信号。fpga芯片适合处理复杂的时序逻辑，其拥有若干个用户i/o接口，能够集成复杂的ip核，例如can总线控制器内核、1553b总线控制器内核等，大大简化了外围电路。
36.本技术提供的基于soc与fpga集成的机载综合控制系统还包括输出电路与输入电路；输出电路一端与fpga芯片连接，另一端与时序组件连接，用于输出soc处理器处理后的第二指令。输入电路与soc处理器、输出电路和can通讯及状态接口连接，用于对输出信号的回采以及采集时序组件的状态信息与终端系统状态信息，监测各模块状态信息。
37.时序组件与soc处理器和接口模块连接，用于将soc处理器的输出信号通过时序组件输出，是控制组件的执行单位。时序组件包括若干个继电器，当接收到控制组件输出的处理后的第二指令时，通过继电器的开关闭合完成信号的输出。
38.本技术提供的基于soc与fpga集成的机载综合控制系统还包括滤波组件，滤波组件与电源接口xa、控制组件和时序组件连接，用于完成电源的滤波以实现对所述机载综合控制系统供电。具体的，电源接口xa与外部电源设备连接，通过滤波组件完成电源的滤波，经过滤波组件滤波后的电源通过电源管理电路为控制组件供电，通过电源接口xb输出给其他设备供电。
39.下面对本实施例提供的基于soc与fpga集成的机载综合控制系统的工作过程进行简要说明。
40.机载设备通过1553b通讯接口xe/xf发送第一指令信息给综合控制系统，通过该系统内部控制组件1553b收发电路及soc处理器接收第一指令信息，soc处理器中控制程序对中断条件进行判断，具体的，soc处理器对中断的状态寄存器进行读取，并判断消息的状态字和rt状态字的寄存器状态，最后根据状态判断接收命令并存储保存，退出中断。soc处理器的控制软件按照程序将处理后的的第一指令信息通过can收发电路发送给终端系统的计算机。
41.终端系统计算机执行程序，并通过can通讯及状态采集接口xc发出第二指令信息给综合控制系统，通过其控制组件的can隔离收发电路及soc处理器接收，经soc处理器控制程序进行逻辑判断，并执行指令，经过soc处理器中的fpga将输出信号输出至时序组件，由时序组件的若干个继电器控制输出信号的输出。输出电路的输出信号被输入电路回采，时序组件的输出信号、继电器的状态以及终端系统的状态信息均被输入电路采集，根据回采数据对该机载综合控制系统进行故障诊断；综合控制装置通过a/d采样电路对综合控制系
统中电路电压进行采集，实时监控电压状态，实现机内自测功能。
42.时序组件接收到控制组件的输出信号，相应的继电器线包开始工作，继电器线包控制对应通路的继电器开关闭合，输出信号通过信号输出接口xd输出。输出信号以及继电器的工作状态均通过控制组件的输入电路回路回采，随后进入fpga芯片和soc处理器进行工作状态的判断，完成系统自测。其中，soc处理器控制程序是基于综合控制装置的硬件平台编写，其主要功能是完成初始化、自检状态信息发送、与飞机的1553b数据传输、与终端系统的计算机can通讯及命令执行以及升级等功能。
43.本技术提供的机载综合控制系统采用soc集成化的处理器，能在一个单芯片上集成高密集数据处理电路、模拟电路、各类输入输出通讯接口以及专用算法、协议的片上控制微系统，能够在一个芯片内处理声、光、电、磁等信号，从而使整个系统集成度更高、功能更强、功耗更低，具有更高的可靠性。其中，机载综合控制系统以一块内嵌arm处理器和fpga的集成芯片作为主控制器，与外围电路及其他单元实现与机载设备通讯、测试与控制等功能，并且控制组件采用了输出信号回采、继电器触点回采的方式完成机内自测的目的，实现智能化测试。本发明的综合控制系统具有智能化程度高、功能集成度高、体积小、重量小、应用广泛的特点。
44.另一方面，本实施例还提供了一种基于soc与fpga集成的机载综合控制装置，该装置包括上述基于soc与fpga集成的机载综合控制系统。该机载综合控制装置采用框架式叠层结构，便于装配及拆卸，具有较高的可操作性。该机载综合控制装置包括控制组件、时序组件和滤波组件，采用组合化、模块化的设计思路，控制组件、时序组件和滤波组件各模块功能相对独立，均可插拔替换，在控制组件和时序组件的印制板设计上采用了刚性和挠性结合的方式，减少了焊线，高效利用空间，在功能、体积、重量上做了进一步优化，克服了传统综合控制装置性能单一、自测试不足、接口少的缺点，提高了终端系统的可靠性和测试精度，具有非常广泛应用和推广前景。
45.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
46.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
47.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
48.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目
的。
49.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。
50.以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
51.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
52.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种基于soc与fpga集成的机载综合控制系统，其特征在于，包括控制组件、时序组件与多个接口模块；其中，所述控制组件包括soc处理器、fpga芯片与多个收发电路模块；所述多个收发电路模块均与所述soc处理器连接，所述多个接口模块中的各接口模块一端与对应的一个收发电路模块连接，另一端与机载设备或终端系统连接，收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第一指令信息与终端系统的第二指令信息并将其传输至soc处理器，以及将soc处理器处理后的第一指令信息传输至终端系统；所述fpga芯片集成于所述soc处理器内部，用于控制所述第一指令信息与第二指令信息的逻辑输入与输出；所述时序组件分别与所述控制组件和接口模块连接，用于将所述soc处理器处理的终端系统的第二指令信息通过所述接口模块输出至机载设备。2.如权利要求1所述的机载综合控制系统，所述多个接口模块包括1533b通讯接口、can通讯及状态接口、信号输出接口与电源接口；其中，所述1533b通讯接口与机载设备连接，所述can通讯及状态接口与终端系统连接；所述信号输出接口一端与所述时序组件连接，另一端与机载设备连接。3.如权利要求2所述的机载综合控制系统，所述收发电路模块包括1533b收发电路；所述1533b收发电路一端与所述soc处理器连接，另一端与所述1533b通讯接口连接，用于采集并处理机载设备发出的第一指令信息。4.如权利要求3所述的机载综合控制系统，所述收发电路模块还包括can隔离收发电路；所述can隔离电路一端与所述soc处理器连接，另一端与所述can通讯及状态接口连接，用于将所述处理后的第一指令信息传输至终端系统，以及采集终端系统发出的第二指令信息。5.如权利要求2所述的机载综合控制系统，其中，所述收发电路模块还包括模数采样电路，所述模数采样电路一端与soc处理器连接，另一端与所述机载综合控制系统各电路连接，用于采集电路中的电压信号，实时监测电压状态。6.如权利要求4所述的机载综合控制系统，还包括输出电路，所述输出电路一端与所述fpga芯片连接，另一端与时序组件连接，用于输出所述soc处理器处理后的第二指令信息。7.如权利要求6所述的机载综合控制系统，还包括输入电路，所述输入电路与所述soc处理器、输出电路和can通讯及状态接口连接，用于输出信号的回采以及采集时序组件与终端系统的状态信息。8.如权利要求7所述的机载综合控制系统，其中，所述时序组件包括若干个继电器，用于通过所述继电器控制所述处理后的第二指令信息的输出。9.如权利要求8所述的机载综合控制系统，还包括滤波组件，所述滤波组件与所述电源接口、控制组件和时序组件连接，用于完成电源的滤波以实现对所述机载综合控制系统供电。10.一种基于soc与fpga集成的机载综合控制装置，其特征在于，包括上述权利要求1～9所述的基于soc与fpga集成的机载综合控制系统。
技术总结本申请公开了一种基于SOC与FPGA集成的机载综合控制系统，该系统包括控制组件、时序组件与多个接口模块；控制组件包括SOC处理器、FPGA芯片与多个收发电路模块；多个收发电路模块均与所述SOC处理器连接，多个接口模块中的各接口模块一端与对应的一个收发电路模块连接，另一端与机载设备或终端系统连接，收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第一指令信息与终端系统的第二指令信息并将其传输至SOC处理器，以及将SOC处理器处理后的第一指令信息传输至终端系统；FPGA芯片集成于SOC处理器内部，用于控制第一指令信息与第二指令信息的逻辑输入与输出。本发明将FPGA芯片集成于SOC处理器中，与外围电路及其他单元实现机载设备与终端系统之间的通信。实现机载设备与终端系统之间的通信。实现机载设备与终端系统之间的通信。
技术研发人员：冯小利 仁钦 薛常鑫 徐钊 陈文希 郑云云 王学 王林
受保护的技术使用者：湖北三江航天万峰科技发展有限公司
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
