航电系统的soc技术研究

代飞扬 张晓峰 李华

摘 要：航电系统作为航空飞行器的重要组成部分之一，它的性能对航空飞行器的整体稳定性具有直接影响。为提高航电系统的性能，可对SOC技术进行合理应用。基于此点，本文从SOC的技术特点分析入手，论述了航电系统中SOC技术的应用。

关键词：SOC技术 航电系统 应用

1 SOC的技术特点

SOC是系统级芯片，又被称之为片上系统，可将之视作为一个具有专用目标的集成电路。SOC之所以能够在诸多领域中得到广泛应用，与其自身所具备的特点有着密不可分的关联。SOC采用的是基于IP的设计模式，由此使其拥有了非常庞大的硬件规模，同时因SOC中软件所占的比重较大。因此，需要采用协同设计的方法对软硬件进行设计。在单个SOC上可以集成数量更多的配套电路，这样不但节省了面积，而且还能降低成本，并且片上互联的实现，使分布在电路板上的不同器件能够进行数据互传。目前，SOC已经成为集成电路设计的必然发展趋势，它以自身优良的性能和功能在终端芯片领域中占据了主导性地位，应用范围也在不断扩大，以单芯片实现完成的电子系统是未来研究的主流方向。SOC的应用优势体现在如下几个方面：可使系统的耗电量显著降低，能够减小体积，提高运行速度，增加系统的功能，使系统的开发设计成本大幅度下降。

2航电系统中SOC技术的应用

航电系统是综合航空电子系统的简称，它是现代战斗机中不可或缺的重要组成部分之一，与战斗机的作战性能有着极为密切的关联。高性能的航电系统可以大幅度提升战斗机的整体作战能力，从而使其能够完成各种作战任务。为提高航电系统的性能，可在系统设计中，对SOC进行合理应用。

2.1航电系统设计思路

为实现与总线控制器（BC）或是远程终端（RT）之间的数据通讯，系统设计中采用了多路传输数据总线接口模块（MBI）。在典型的数字电路中，可将CPU、数据存储器、时钟电路、逻辑控制器等全部集成到一块芯片上，并与通讯模块相连。在对MBI模块进行设计的过程中，应用SOC时采用了Nios微处理器软核，来实现相关功能。MBI模块与中央处理器（CPU）之间主要是通过双口存储器进行连接，由此可实现二者之间的数据信息交换。

2.2系统的设计方法

2.2.1微型化处理。在应用SOC对航电系统进行设计的过程中，最终目的是对电路中的关键器件进行集成，如CPU、数据存储器、时钟、逻辑控制器等。集成后的芯片应当有尽可能小的体积，并且还应当能够实现多种功能，由此可构成一个整体的MBI模块。通过SOC的应用，主要是为了满足MBI模块的如下设计要求：将程序存储器（16K字节）、RAM（8K字节）以及微处理器全部置于同一个芯片当中。

2.2.2芯片的功能。当微型化处理完毕后，便可按照SOC的设计思路，将带有微处理器的电路集成到一块芯片上，以此来替代原电路的功能，这样便可获得与原电路功能完全相同的芯片。Nios作为微处理器软核，其主要针对的对象为现场可编程门阵列（FPGA），所以在预先设定的系统开发环境中，可对定时器、RAM元件进行调用，并将它们与Nios的CPU集成到一起进行编译，由此可构成带有CPU的SOC。其中RAM可对相关的数据信息进行存储和堆栈，借助DMA（直接内存存取）可实现用户接口与MBI模块的连接，定时器则可实现时钟功能。

2.3硬件配置

经过微型化处理后的MBI模块主要是由以下硬件组成：FPGA芯片、通信协议处理芯片、总线收发器、变压器、电源转换芯片等。在本系统设计中，采用的Nios实现微处理器的各种功能，如程序初始化、自动测试、通讯及定时器管理等等。Nios带有RAM和程序存储器，并且具备可编程功能，当需要对程序进行修改时，不需要拔插芯片，从而使整个修改过程得以简化。

2.3.1 DMA接口。为使协议芯片能够随时进行访问，本次设计中采用双接口，当硬件接到来自于DMA发出的中断请求之后，便可做出快速响应。存储器可直接完成通讯协议芯片的存取，并将数据信息发送给SRAM，当SRAM接收到数据后，微处理器可对其中的信息进行读取。

2.3.2频率分配。在本次设计中，MBI模块中存在不同种类的时钟，如实时时钟、延迟时钟、看门狗等等，除此之外，还有一个24M的外接时钟。因此，需要使用分频模块，对这四个时钟的频率进行合理分配。

2.4系统软件设计

MBI模块的应用软件由以下几个部分组成：系统初始化程序、自动测试程序、BC和RT控制程序等。在本次设计中，上述程序全部通过嵌入式C语言进行实现。各软件程序的具体功能如下：

2.4.1初始化程序。该程序能够实现的功能包括MBI模块控制器初始化、定时器初始化等。

2.4.2自动测试程序。当系统上电之后，该程序可以完成MBI模块自动测试和内部自检。

2.4.3 BC和RT控制程序。该程序可以完成MBI模块作为BC或是RT的数据传输过程。

当系统软件设计完毕后，为验证其可用性，需要进行相关调试。在本次系统设计中，调试与监控软件采用的是Nios软件包自带的工具，即Toolkit，这是一款开放式的软件程序开发工具包，其中集成了多种先进的技术，如C++编译器、连接工具、宏汇编以及应用库等等。经过测试，所有软件程序的功能全部正常。

结 论

综上所述，为提高航电系统的整体性能，可在系統设计中，对SOC技术进行合理应用，依托SOC设计出来的航电系统不但体积小，而且耗电量更低，系统的运行速度在原本的基础上显著提升，系统的开发设计成本大幅度下降。由此可见，SOC技术在航电系统设计中具有良好的适用性。

参考文献

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