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在某型雷達系統中，雷達發(fā)射機控制器實(shí)時(shí)監控發(fā)射機各設備狀態(tài)并采集關(guān)鍵數據，發(fā)送給雷達中心控制計算機，并根據接收到的控制字完成對發(fā)射機點(diǎn)頻、調制方式等功能和狀態(tài)的控制。這就要求在發(fā)射機控制器與雷達中心機之間建立高速、可靠的連接。實(shí)踐中，兩機間的多節點(diǎn)數據傳輸距離不小于50m，并且發(fā)射機控制器是由PC/104構建的硬件平臺，工作電壓為+5V;而中心控制計算機是基于A(yíng)DSP21060構建的硬件平臺，工作電壓為+3.3V。在這種前提下，兩機現有的并口、串口、USB2.0等接口顯然不能滿(mǎn)足要求，其他諸如以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性難以滿(mǎn)足要求，光纖通信通道因多節點(diǎn)的因素構建成本過(guò)高�；诖�，本文提出了一種基于雙口RAM、總線(xiàn)接口芯片和差分信號傳輸的并行總線(xiàn)通信解決方案。 數據傳輸系統方案 由于系統要求的傳輸距離長(cháng)，需采用差分平衡傳輸技術(shù);對于+5V與+3.3V的總線(xiàn)接口，采用美國TI公司總線(xiàn)接口芯片SN74LVTH245A完成混合電壓總線(xiàn)I/O，其中，總線(xiàn)接口芯片的電源電壓為+3.3V;由于差分驅動(dòng)與接收芯片的傳輸方向是單向的，而系統要求雙向數據傳輸，對16位數據總線(xiàn)的高8位和低8位分別進(jìn)行單向驅動(dòng)與接收;利用本方案所采用的雙口RAM，IDT70V24可分別進(jìn)行高8位和低8位讀寫(xiě)功能，完成雙向數據傳輸。整個(gè)數據傳輸系統框圖如圖1所示。 數據傳輸系統設計 系統工作原理可表述如下：由于DSP板工作電壓為+3.3V，PC/104板工作電壓為+5V，考慮到長(cháng)線(xiàn)傳輸的壓降，將雙機共享的雙口RAM放在一塊專(zhuān)用的接口板上，該接口板與DSP板設計為板間通信，通信距離不超過(guò)50cm，故DSP板即中心控制計算機僅需要普通的總線(xiàn)驅動(dòng)與隔離就可以完成對雙口RAM的讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)，數據通信速率可達128Mbit/s。 利用IDT70V24高8位數據與低8位數據可分別進(jìn)行讀、寫(xiě)控制的功能特點(diǎn)，將PC/104板即發(fā)射機控制器的16位數據總線(xiàn)設計為低8位讀、高8位寫(xiě)，這樣，PC/104板訪(fǎng)問(wèn)雙口RAM的所有信號除低8位數據線(xiàn)為差分接收外，其它所有如高8位數據線(xiàn)、地址線(xiàn)、讀、寫(xiě)、片選均為差分輸出，所有差分信號經(jīng)雙絞線(xiàn)傳輸到接口板上后，對應進(jìn)行差分接收與驅動(dòng)，將信號還原成+5V信號，所有信號經(jīng)總線(xiàn)接口芯片SN74LVTH245A完成混合電壓總線(xiàn)I/O， 然后直接與雙口RAM連接，完成對雙口RAM的訪(fǎng)問(wèn)，數據通信速率為64 Mbit/s。 在本設計中，對于雙口RAM的令牌仲裁/SEM、硬件仲裁/BUSY和中斷仲裁/INT，充分利用雙口RAM高、低8位讀寫(xiě)功能，中心控制計算機寫(xiě)雙口RAM低8位，讀高8位，發(fā)射機控制器寫(xiě)雙口RAM高8位，讀低8位，有效避免了雙機訪(fǎng)問(wèn)雙口RAM的讀寫(xiě)沖突，使得接口邏輯更為簡(jiǎn)單、成本更低。發(fā)射機控制器訪(fǎng)問(wèn)雙口RAM的邏輯框圖如圖2所示。 解決的關(guān)鍵問(wèn)題 設計使用差分平衡傳輸技術(shù)，解決了并行通信信號的多節點(diǎn)、長(cháng)距離傳輸問(wèn)題。工程實(shí)踐中，通信距離為50m，節點(diǎn)6個(gè)，在實(shí)際設計中，應注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。 首先，理論和實(shí)踐均證明差分信號對使用雙絞線(xiàn)進(jìn)行傳輸性能最佳，使用屏蔽雙絞線(xiàn)可大大提高傳輸系統抗電磁干擾的能力。 其次，差分信號的印制板布線(xiàn)是整個(gè)設計的難點(diǎn)，實(shí)際布線(xiàn)應盡量遵循下列原則：差分信號對應盡量短、走直線(xiàn)，切記差分對內的線(xiàn)間距保持一致;差分信號對一定保持同層布線(xiàn);兩組差分信號對之間的間距最好能達到差分對間距的10倍，條件限制的情況下，在差分對與差分對之間放置接地過(guò)孔可有效減少線(xiàn)間串擾。 最后，差分傳輸需要在接收端進(jìn)行阻抗匹配，匹配阻抗值等于差分阻抗，其典型值為100Ω，但在設計實(shí)踐中，匹配電阻應設計為容易調整的形式，具體的阻抗值應根據傳輸路徑的長(cháng)短和具體的電磁干擾環(huán)境進(jìn)行配置。 基于以上所述，充分利用本設計使用的雙口RAM功能特點(diǎn)，A機讀低8位，則B機寫(xiě)低8位，A機寫(xiě)高8位，則B機讀高8位，不僅使雙工的并行通信得到實(shí)現，而且從根本上解決了雙機共享雙口RAM的讀、寫(xiě)沖突問(wèn)題和兩側CPU在工作不穩定時(shí)的誤操作等問(wèn)題。從而使得本方案的交叉事務(wù)處理設計變得相當簡(jiǎn)單，令牌仲裁/SEM、硬件仲裁/BUSY和中斷仲裁/INT僅需要懸空或上拉即可，減少了設計成本。 總線(xiàn)接口芯片SN74LVTH245A是TI公司專(zhuān)為+5V與+3.3V混合電壓系統設計的總線(xiàn)接口芯片，該芯片采用+3.3V供電電源，可驅動(dòng)TTL電路且不需要任何外圍接口電路，使得混合電壓接口電路設計變得簡(jiǎn)單。 結語(yǔ) 本文實(shí)現的長(cháng)距離數據傳輸系統，已成功應用于某型相控陣雷達中心控制計算機與發(fā)射機控制器之間的雙工并行通信，通信距離大于50m，數據通信速率最高可達128 Mbit/s。該傳輸系統工作穩定、數據通信可靠，設計成本低，為大型電子系統設備間通信提供了一種性?xún)r(jià)比較高的解決方案。 |
