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1硬件設計

結合數據處理接口模塊的需求，系統的復位源設計有3個，分別是軟件復位、手動復位和上下電復位。其中軟件復位由使用數據處理接口模塊的主機發出，手動復位由維護人員通過地面測試設備發出，上下電復位通過5V電源監控芯片MAX791實現。軟件復位和手動復位通過二極管線與的方式接入MAX791的MR端。系統在以下4種情況時會產生復位：1）上電復位：上電過程中，當VCC＞4．65V時，復位信號保持200ms有效后變高；2）下電復位：下電過程中，當VCC＜4．65V時，復位信號一直有效；3）軟件復位：由主機中的CPU發出，當底板總線信號XRE-SET＃有效時間＞25μs時，產生復位，XRESET＃無效后復位信號保持200ms有效；4）手動復位：由地面測試設備發出，當底板總線信號TS＿RE-SET＃有效時間＞25μs時，產生復位，TS＿RESET＃無效后復位信號保持200ms有效。利用MAX791的看門狗功能，還可以對板上DSP的工作狀態進行監控，一旦出現軟件跑飛等情況，看門狗狗叫會導致DSP的NMI中斷發生，并且上報給主機GO／NOGO＃信號有效。

2軟件設計

數據處理接口模塊的軟件主要由硬件初始化、自測試程序、周期數據收發和命令響應四大功能組成。其中周期數據的收發包含消息層和數據層兩個層次。消息層負責命令的辨識和數據的組織搬運，數據層負責協議的執行和發送接收等底層任務。數據層基本數據幀的格式見圖4所示。這里的同步字、數據長度、校驗方式由主機在初始化時確定。其中校驗方式可選擇兩種，若采用和校驗，則檢驗位占用1字節；若使用CRC校驗，校驗位占2字節。在周期數據收發的數據層中，RS422鏈路分為測控鏈路和任務鏈路兩部分。測控鏈路用于檢測設備的連通性和硬件的正確性，任務鏈路用于任務系統之間的通信。因此，將用于測控通信的鏈路設計為無鏈接協議鏈路，將用于任務通信的鏈路設計為有鏈接協議鏈路。有鏈接協議的任務鏈路的狀態轉移圖見圖5所示。任務鏈路的工作原理是：上電后首先進行通信測試，主端首先發送LTST，若從端回復ALTST為正常，測試完成后，轉入空閑工作狀態；空閑狀態時主從定期進行握手操作，當主機存在發送命令時，轉入消息發送狀態，當從端發來數據幀前導碼LHDR時主端轉入消息接收狀態；消息發送完成后會進行發送檢查，如果從接收無誤會發來ACK握手信號，當出現超時或從發來NACK信號時進行重新發送狀態，重試超過門限進入通信測試狀態；消息接收狀態時若消息正確則進入空閑狀態，若接收超時或消息錯誤時發送NACK通知主端重新發送，當錯誤次數超門限時進入通信測試狀態。

3低功耗設計

簡易無人機攜帶燃料有限，而實際任務中往往又要求其盡可能長時間的滯空，這就要求各類設備盡可能地以較小的功耗完成較多的功能。因此本文從硬件軟件等不同層面設計來降低模塊的功耗。降低功耗總的來說有關閉無用功能、減少無用操作和合理器件選型三個方法。在不使用DSP內部的AD、eCAN、SCI等資源時，可將對應的資源的時鐘HSPCLK和LSPCLK關閉，同時不使能這些資源，以達到降低功耗的目的。作為降壓型線性電源，TPS74401芯片的耗散功率PD＝（VIN－VOUT）×IOUT，即電源的轉換效率取決于輸入輸出電壓差的大小，因此在電源轉換電路的設計上應在滿足電源芯片的最小dropoutvoltage的情況下盡量減小LDO器件輸入輸出電壓差，可提高轉換效率減少發熱功耗，本文中1．8V電源由最接近1．8V電壓的3．3V電源轉換而來。為保持較好的信號完整性，模塊上的印制板走線阻抗均按照單端50Ω差分100Ω控制。在RS422的發送端和接收端進行阻抗匹配以優化信號質量。在發送端使用33Ω串聯匹配方式，接收端采用120Ω并聯匹配方式，由于正常工作時差分電平約±5V，為降低直流功耗在并聯匹配電阻處串接一10pF電容，這樣既滿足瞬態的信號完整性要求，也可在穩態時達到隔離直流，減小匹配電阻上直流功耗的目的。詳見圖6所示。在軟件設計方面，采用定時查詢和中斷接收相結合的方式，減少DSP對外設的多余操作，避免不必要的輪詢操作所產生的功率消耗。本文介紹的串行數據接口板在今后的改進設計中，可以注意合理的器件選型，以達到降低功耗的目的。例如：現設計中1．8V電源轉換效率為54％，今后可結合實際電流消耗狀況選用合適的開關電源代替線性電源［4］，并使開關電源工作在中等或較重負載狀態，可提高電源效率至80％左右；現有設計中CPLD動態功耗約為0．7W，由于該模塊中邏輯占用資源并不多，因此后期可考慮用更小功耗的中小規模可編程邏輯器件替換。目前現有設計中未考慮模塊的睡眠喚醒功能，今后可結合主機實際的需求，添加相應功能的電路，以降低待機功耗。

4結束語

在今后的研究中可以進一步優化硬件設計，選用低功耗、小體積、高密度的器件，提高系統集成度，以適應航空技術發展對航電設備提出的小體積、低功耗、輕重量的要求。

作者：王炳文陳伊卿張婷婷單位：中航工業西安航空計算技術研究所西安電力電子技術研究所