基于IMA架构的机电系统通信模块设计

郭建奇　范新明　陈帅　张宇坤

摘 要：模块级高度综合集成结构（IMA）是航空电子系统的发展趋势，在其高速发展的背景下，基于资源的高效利用和系统可重构的要求，航空电子设备向综合模块化形式发展。本文提出一种基于IMA架构的机电系统通信模块设计，形成以LRM（Line Replaceable Module）为基础单元的通信模块，该模块支持RS422、HB6096通信等功能，具有集成度高、开放性好、全寿命成本低、良好的维修性和可靠性等特点。

关键词：航空电子系统；模块级综合集成结构；通信模块

综合航空电子技术的发展基本经历了分散、联合、综合、高度综合4个阶段[1]；航空电子设备的结构形式也大致相应地分为分离式、联合式、综合式和综合模块化式4个阶段。[2]就我国而言，综合模块化结构形式（IMA）的航空电子设备正处于高速发展阶段。[3]在综合化模块化架构中LRM是基本的硬件构件，所有的IMA结构都在减少LRM的类型与数量。[4]

本文设计的一种通信接口模块（简称SIM模块），用于某机载机电管理计算机（简称UMC）中，可支持RS422、HB6096总线通信等功能。

1 总体方案设计

UMC内部采用VME总线，主要包括SIM模块、CPU模块、电源模块及其他功能模块等，其内部交联关系如图1所示。CPU模块通过VME总线对SIM模块资源进行访问，实现与外部设备的通信。

在本设计中，SIM采用“FPGA+外围通信接口”的结构，FPGA采用 VHDL 语言编碼，SIM模块电路主要包括：

a.VME接口及控制逻辑电路：实现与主处理器PowerPC 的数据交换；

b.RS422 通信电路：收发EIA-RS-422A数据；

c.HB6096 通信电路：收发HB6096 数据。

2 电路设计

2.1 VME接口及控制逻辑

SIM模块作为CPU模块的从设备，通过VME总线与CPU模块进行通讯，在FPGA中实现地址译码，产生模块内部口地址和控制信号，为各个电路提供口地址和控制信号，使CPU 模块能够正确的读写SIM模块的资源。

2.2 RS422通信电路

SIM模块RS422 总线用来与外部子系统EIA-RS-422接口进行通信。在本设计中，SIM模块采用FPGA设计完成12路全双工收发RS-422总线功能，其电路形式如图2所示。通过软件控制模拟开关的接通状态，实现正常收发功能和外回绕自测试功能。

正常收发工作态下，通过控制多路模拟开关，将RS-422输入接至总线接收驱动，实现正常通讯；自测试时，控制多路选择开关，将RS-422输出接至总线接收驱动，实现发送数据的外回绕自测试。

2.3 HB6096通信电路

SIM模块采用FPGA设计实现12路发送12路接收HB6096总线通信功能，波特率可配置，采用FPGA设计，其功能框图如图3所示。通过软件控制模拟开关的接通状态，实现正常收发功能和外回绕自测试功能。

正常收发工作态下，通过控制多路模拟开关，将HB6096输入接至总线接收驱动，实现正常通讯；自测试时，控制多路选择开关，将HB6096输出接至总线接收驱动，实现发送数据的外回绕自测试。

3 结语

本设计采用综合模块化结构形式（IMA）设计理念，将通信电路综合到SIM模块中，是UMC与外部设备通讯的集中支撑平台。本设计具有集成度高、开放性好、全寿命成本低、维修性和可靠性高等特点。经机上联试试飞验证，模块工作稳定可靠，具有良好的实用性能。

参考文献：

[1]何志强.综合化航空电子系统发展历程及重要支撑技术[J].电讯技术，2004，44（4）：1-5.

[2]姚拱元，吴建民，陈若玉.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术，2002，33（1）：1-10，44.

[3]牛文生.机载计算机技术[M].北京：航空工业出版社，2013.

[4]牛文生，王乐.机载计算技术的新进展[J].航空科学技术，2012（4）：1-4.

作者简介：郭建奇（1987-），男，江西吉安人，硕士，工程师，主要研究方向为机载计算机系统。