集成多总线接口的外系统等效器设计与实现

遥测外系统是各遥测弹和运载火箭的重要组成部分，是获取可信、全面飞行信息的主要途径。遥测弹和运载火箭在研制和测试过程中需要有设备模拟遥测外系统各种控制和测量参数，这对于提高整个项目系统研制效率以及保证各子系统性能的可靠性非常重要。本文致力于研究并实现一种能产生各类不同格式参数的模拟数字信号，以及对多路数据传输模块进行实时监测的通用等效测试台。本文是在项目“某型号测量系统外系统等效器”的支持下，围绕测量系统所需检测的各类模拟数字信号以及对多路数据的实时监测开展研究。针对所需产生各类信号格式参数的多样性和对大量数据检测的实时性，研究了多路不同格式模拟数字信号的产生机制、CAN总线网络数据传输的实时性算法以及多路数据调度算法，实现了测量系统外系统等效器任务的要求。文中在了解国内外自动测试系统的研究现状和发展趋势的基础上，结合实际应用和任务要求，提出了等效器测量系统的总体设计方案，阐述了涉及到的关键技术，并制定了等效器应用层数据通信协议。采用模块化设计思想，按功能划分为模拟量模块、开关量模块、数字量模块和主控实时检测模块。模拟量模块产生32路模拟直流量信号、3路正弦交流信号和4路平台力矩电流信号；开关量模块产生19路时间指令信号；数字量模块产生3路特定帧结构的RS422异步串行通信数据；主控实时监测模块负责实时读取多路RS422异步串行通信数据并对整个CAN总线网络实时监控。整个等效器在上位机的统一协调控制下有序运行，上位机与等效器通过USB总线接口进行通信。文中指出了系统测试的实现过程，经过大量测试，该等效器测量系统能够满足系统的任务需求，实现了各类信号的精确输出，并能够对整个CAN总线网络进行实时监控。最后，文中对整个设计过程进行了总结和展望。论文的主要创新点可归纳如下：1．可靠的系统数据通信协议等效器的实现涉及各类不同参数格式的信号和多模块之间数据的传输，为使系统工作稳定，设计了系统协议，制定了统一的命令、状态、数据帧结构以及数据通信算法，有效提高了数据传输的可靠性。2．冗余容错机制对于各功能模块之间命令数据的传输以及CAN主节点等系统关键性模块实行冗余容错设计，使可能出现的错误进行错误处理机制，以使发生错误故障后进行冗余备份切换，保证整个系统工作连续、良好。3．CAN总线网络通信协议的改进针对CAN总线网路数据通信量大时低优先级数据帧可能长期得不到总线使用权的不足，改进了CAN总线通信协议，采用动态优先级算法，使各优先级数据都有机会传输。4．数据的存储、缓存充分利用FPGA内部丰富的Block RAM资源，实现正弦交流量化数据的存储以及构造异步FIFO实现各监控模块数据的缓存。5．对多路通信模块实时监控设计了多路数据读数调度算法，对整个CAN总线网络和多路RS422数据模块进行实时监控。通过唯一的USB总线接口实时读取各通道监控数据，使各通道数据传输实时、可靠、稳定。