弹载固态记录器的总线研究与应用

摘要

弹载固态记录器是导弹飞行试验过程中进行各种动态参数获取、信息传输和记录的关键设备之一。整个论文围绕弹载固态记录器应用背景和数据流特点，提出了适用于弹载固态记录器的专用总线设计原则及模块化的硬件结构。 根据总线设计原则及模块化设计要求，论文对弹载固态记录器的总线定义、连接器选取、总线高速传输理论分析和仿真、总线仲裁机制、接口模块间数据传输逻辑设计等方面进行了详细阐述。该专用总线结构已应用于弹载固态记录器中，数据传输速度可达到60MByte/s。最后介绍了总线接口模块硬件电路及逻辑设计，文中的关键技术概括如下： (1)根据弹载固态记录器特点，提出一种专用总线，该总线中没有传统意义的地址总线，通过少量槽选择信号和简单的逻辑实现弹载记录器采集量大、数据传输量大、顺序批量存储的功能。 (2)通过理论计算和仿真，得出本设计实现的高速专用总线背板支持最高全局时钟速度为90MHz，本设计中采用60MHz总线频率。 (3)定量分析了传统传输方法和源同步数据传输方法对总线传输速度的影响，记录器采集模块数据完成存储和记录数据回放逻辑中采用了源同步数据传输方法，提高了记录器内部的数据传输速率。 (4)总线接口两端采用了FPGA内部集成高速缓存的技术，通过对高速FIFO的读写操作，极大地改善了采集速度与存储速率不匹配的状况。 (5)硬件电路中采集模块实现了通道切换可在线编程，使其能够满足不同的测试要求和环境。存储模块设计中通过理论计算，将16片存储器芯片串联，采用了循环写入技术，极大地提高了记录器的存储速率。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2弹载数据记录器的发展状况

1.2.1国外发展状况

1.2.2国内发展状况

1.3总线在记录器中的应用

1.4论文的内容和主要工作

第二章弹载记录器总线方案

2.1弹载记录器特点

2.1.1记录器分类

2.1.2弹载记录器特点

2.1.3弹载记录器设计要求

2.2模块化设计

2.2.1模块化设计原则

2.2.2系统模块组成

2.3弹载记录器总线设计原则

2.3.1弹载记录器数据流特点

2.3.2现有总线技术应用背景

2.3.3总线设计原则

2.4专用总线结构设计

2.4.1连接器的选取

2.4.2专用总线信号定义

2.4本章小结

第三章总线高速传输分析及仿真实验

3.1背板传输线模型

3.1.1微带线结构

3.1.2微带线结构的基本特征参数

3.1.3阻抗匹配

3.2高速时钟电路设计

3.2.1时钟速度及驱动能力

3.2.2时钟电路的PCB板设计

3.3总线结构HYPERLYNX软件仿真及实验

3.3.1 Hyperlynx仿真软件

3.3.2 IBIS模型

3.3.3仿真及实验

3.4本章小结

第四章总线高速数据传输逻辑实现

4.1总线完成功能

4.2总线仲裁机制

4.3逻辑设计

4.3.1数据传输方法分析

4.3.2 FPGA内部集成高速缓存技术

4.3.3采集数据写入存储器总线接口逻辑

4.3.4存储模块数据上传逻辑

4.4本章小结

第五章总线在弹载记录器中的应用

5.1系统结构组成

5.2启动电路及数字信号采编单元

5.3模拟信号采集单元设计

5.3.1硬件设计

5.3.2采集数据写入高速FIFO

5.3.3通道切换在线可编程设计

5.4存储单元设计

5.4.1硬件组成及功能

5.4.2 FLASH无效块判断及擦除操作

5.4.3 FLASH数据写入与读出操作

5.4.4存储单元数据回放逻辑设计

5.5记录器抗干扰措施

5.5.1地线设计

5.5.2去耦电容的布置和选择

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及所取的研究成果