基于FPGA的MIL-STD-1553 更佳适合系统

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关键字：FPGA   系统   核心  


       基于现场可编程门阵列 (FPGA) 核心的实施体现了先进的现代航空电子设计方法。这项技术具有着多种优势，如废弃组件管理、降低设计风险、提高集成度、减小体积、降低功耗和提高故障平均间隔时间(MTBF)等，吸引着用户将原来的系统迁移到此项技术。MIL-STD-1553 的市场可能随着这种趋势而繁荣起来；事实上，某些客户已经觉得这项技术的实施有点姗姗来迟。

       MIL-STD-1553 核心带来了多种好处，它代表着彻底告别了 ASIC 传统。FPGA 中加入一项知识产权核心，就获得了一种与众不同的特性，而成为一个非常专业的高级子系统。这为增强 MIL-STD-1553 的设计提供了千载难逢的机会。

       军用系统设计面临的问题

       由于竞争的压力和对最佳战斗性能无止境的追求，军用航空电子从简单、独
立的设备发展到如今以每秒百万位乃至更快的速度交换信息的高级智能系统网络。这也带来了必须克服的许多设计问题。

       在要求高性能的军用设计中，每项设计都要减少空间、功耗和重量，满足这些要求至关重要。这项要求直接作用于芯片级别，单一芯片体积减小后对所需板卡的要求也会降低，从而降低了对封装外壳、固定元件、冷却器件甚至是电源的要求。同样，每多增加一个组件，都会增加一些引发故障的机会。减少芯片数量的设计必然有助于缓解这些问题。

       废弃则是像 MIL-STD-1553 设计实施这类长期项目所面临的另一个问题。每个组件无论其是由世界最大的制造商提供，还是来自于产量较小的专业供应商，都存在着废弃的风险。单一来源的组件不但面临着被废弃的风险，还有个长期价格保护的问题，特别是那些从原有项目继承的设计，这个问题更为明显。对于已经部署的系统，由于所涉及的代价过高，应尽量避免由于废弃组件而重新对系统进行验证。

表 1. 设计问题 — 航空电子总线结构

       当系统架构师指定一种系统设计时，必然会存在架构无法正确实现的某种风险。一个非常典型的问题是：经常在设计过程中或架构确定很久之后（如在集成阶段），才知道需求有所变化。这些变化一般都会增加对架构的要求，并提出一些关于设计的常见问题，如：设计足够灵活吗？能提供充分的处理能力吗？功能在硬件和软件之间是否得以有效且高效地进行了区分？能达到关键时间要求吗？

       理想状况下，所选定的架构应功能强大、应用灵活，足以在初始部署阶段就将风险降到最低，并且提供了一个允许系统随着时间发展的平台。

       理想条件下，一个 MIL-STD-1553 设计师可以采用传统的技术，使用有多个来源的 COTS 组件来解决这些问题。这种由大量市场提供的组件在性价比上有明显的优势。如果 MIL-STD-1553 设计师也能够采用使手机如此普及、掌上电脑这样物美价廉、整个工业化世界都应用网络通讯的相同技术，该有多好！如今梦想已成现实 — 幸亏有了“知识产权”(IP) 技术。





       MIL-STD-1553 简介

       请看一下数据传输路径，即图 1 中的 MIL-STD-1553 总线结构。MIL-STD-1553 是一种定义数据总线的电子和协议特点的军用标准。作为一种在军用和商用领域广泛应用超过 25 年之久的总线，并且符合 MIL-STD-1553 标准，它能以 1 百万比特/秒的速率高度精确、极为可靠地传输数据。

图 1. 典型的 MIL-STD-1553 总线结构 — 将“总线控制器”、“总线监视器”和“远程终端” (RT) 相连接的总线。每个 RT 都将一个子系统 (LRU) 连接到总线。