【摘 要】
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在航电地面仿真系统中,普遍使用FC网络进行设备间高速的数据传输。系统中的FC-AE-ASM节点卡目前使用“x86+FPGA”分立式软硬件架构实现,该架构采用传统的“先硬件后软件”的设计模式,过程中需要反复迭代,开发周期长且成本高,经常在软硬件联调时出现不可预期的错误。本文给出了一个基于Xilinx Zynq全可编程平台的FC-AE-ASM节点卡设计方案,Zynq平台在单个芯片中集成了双核ARMCo
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在航电地面仿真系统中,普遍使用FC网络进行设备间高速的数据传输。系统中的FC-AE-ASM节点卡目前使用“x86+FPGA”分立式软硬件架构实现,该架构采用传统的“先硬件后软件”的设计模式,过程中需要反复迭代,开发周期长且成本高,经常在软硬件联调时出现不可预期的错误。本文给出了一个基于Xilinx Zynq全可编程平台的FC-AE-ASM节点卡设计方案,Zynq平台在单个芯片中集成了双核ARMCortex-A9处理器和FPGA,两者通过AXI片内总线连接,与“x86+FPGA”架构相比,明显提高了硬件利用率,降低了功耗,且使得软硬件之间的设计更具有协同性和灵活性。另外,由于航电地面仿真系统对操作系统的实时性有较高的要求,而Linux从诞生到目前的发展,一直被用作通用分时操作系统,实时性没有得到足够的重视。故本文的另一个重点是构建基于Zynq-7000 SoC的实时Linux系统,以满足设计需求。本文的主要工作如下:1.根据研究背景和工程需求,分析限制Linux系统实时性的主要因素,采用Preempt-RT patch的方式实时化改造Linux内核。2.完成数据交互通道的设计:对比几种不同的数据传输方式,选择使用AXIHP接口和PL端DMA的方式实现软硬件数据的传输。3.在Linux设计架构下,设计节点卡驱动程序。配合硬件完成FC帧的接收与发送,并提供控制机制实现应用层对硬件的控制。4.设计节点卡应用程序,主要功能包括与总控机建立通信,解析并执行总控机的命令。5.对改造后的实时Linux和标准Linux进行任务响应延迟测试并对比,其中实时Linux的最大响应延迟仅为69μs,验证了实时改造的有效性。同时搭建测试平台,对FC-AE-ASM节点卡进行性能和功能测试,验证了其在传输速率满足工程需求的同时,可以完成数据传输功能。
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