基于SoC_FC芯片的电源管理系统设计与实现

第

2 0期 2 1 8月 0年 0

计算机技术与发展C OⅣ【UTER P TECtNOL Y t (JY AND DEVEIOPM ENT .

V0 . 0 No 8 12 . Au . 2 0 g 01

基于 S C— C芯片的电源管理系统设计与实现 o F黎小玉， 泽，田王泉，叶芳，蔡李攀，杨海波(- q国航空计算技术研究所，西西安 7 0 6 )陕 1 0 8摘要：机载智能电源管理系统作为航空电子系统的心脏，功能和性能直接影响着整个航电系统的运行，其因此电源管理

系统的设计至关重要。介绍了一种以自主研发的高性能、靠性、成度的光纤通道芯片 SC F高可高集 a— C为主控制器的电源管理系统的软硬件设计与实现过程。硬件平台以 Sl一 C为核心，扩 A D转换、储器等电路，件设计以嵌入式操作 o F; _外/存软系统 V Wok为平台。通过引入光纤通道芯片 sc F x rs 0— C不仅满足了电源管理系统功能及性能的需求，同时有效地缩短了研发周期，足了飞机高度综合、满小型化的发展需求。关键词：a— C电源管理系统；纤通道； x rs SC F;光 V Wok中图分类号： P 0 T 32文献标识码： A文章编号：6 3 6 9 2 1 )8 2 7 3 1 7— 2 X(0 0 0—0 4—0

De i n a d I plm e a i n o we a g m e s e s g n m e nt to f Po r M na e ntSy t m Ba e n S C— s do o FCLIXioy TI a -u, AN e W ANG a C — n LIPa YANG i o Z, Qu n, AIYef g, n, a Ha— b( rnui l o ui eh iu eerhIs tt, ia 10 8 C ia Ae at a C mp t gT c nqeR sac tueX’n7 06, hn) o c n ni

Ab t a t I t l c u l e o r n a a e e ts s e i t e h a t fa i n c,t u c in a e f ma c fe t h p r t n o vin c s r c: n el t ai d p we ￣n g m n y t m h e r v o i i f n t nd p ror n e a f s t e o a i fa o is

e z s o s s o c e o

drcl ie t y,S ti ey i o ra tt e in i.n rdu ete h wa- n ot r e in a d i lme tt n o h o rma a e n O i sv r mp t o d sg t Ito c h ￣ n l a d s fwaed sg n mpe n ai ft ep we n g me t e o whc sst ir h n e hp S l FC ih h shg efr n e。eibly a d itg ain ih ue hef ec a n lc i o2一 b whc a ih p ro ma c r l it n e rto .Th r wae i b sd o o2 a i n ehad r s a e n S (一FC whc x a dsA/ d ie dme r i utTh e eo m e to h f a ei ae nVx ors Thou h teu eo h C— ih e p n D rv ra moy cr i. ed v lp n ftem t r sb s do W k . r g h s fteS FC n c w n to y s fiet ef cina dp roma c e urme t ft ep we n g m e ts se,u l r u st ersa c y l c a— o nl u f h u t fr n rq ie n h c n o n e e o o rma a e n yt m b tam e￣ h eer hc cewhihst dif d t e h g t g a in a d mi it r a i n d v l p n e o l e si h i h i e r to na u z t e eo me t a r p a . e n n i o of n

Ke r s S C—F p we n a e n y tm;ir h n lVx o k ywo d: o C; o rma g me tsse fb eca e; W r s n

O引言 供电系统作为航空电子系统的心脏，功能和性其能直接影响着整个航电系统的运行，因此电源管理系统的设计至关重要。面对航空电子系统综合化的趋

航空电子系统深层综合化发展需求，于 S C设计技基 o术研制的 F接口芯片 S C C集成了高性能的 C o—F AR 2 T处理器，作频率不低于 20 z具有 M9 2工 0 MH,

1 2 G/G传输速率可选的光纤通道接口以及丰富

的外围设备，可支持多种操作系统，满足嵌入式系统提高功能、能密度的要求[ 6。性 4 -J

势，实施低成本、活性、灵模块化和开放性的标准体系，开放系统接口或者互连标准是关键，一航空电子网统

络已经成为航空电子系统发展的必然选择，光纤数据通道以其抗干扰能力强和传输速度高的特点，为航成空电子系统的首选协议标准…。 S (设计技术是解决航空电子系统低功耗、 o2高性能、高可靠、超小型化发展的又一关键技术[] 。面向收稿日期：0 0—0 21 3—1:回日期：00—0—2 6修 21 6 7

文中将介绍一种以此 F C接口芯片 s C F O— C为主

控制器的电源管理系统的软硬件设计与实现过程。

1电源管理系统的结构和工作原理 电源管理系统 ( MS P w r ngmet yt P, o e ae n s m) Ma S e

是航电系统中电源模块智能化的具体体现，整个是基金项目：十一五”“总装微电子预研项目( 10 0 0 1 )总装预研 538 151;重点基金项目 ( 10 6 17 9 4 A10 0 HK6 ) 1

I P电源的通信控制枢纽， C一方面它能够通过 F C总线接收系统管理者发送的控制命令，并根据命令，控制开关阵列的输出，以实现对各模块的供电；另一方面能够

作者简介：黎小玉 (9 3,, 1 8一)女湖北钟祥人，士，硕研究方向为 S ( o 2设计与验证；田泽，士，博研究员，研究方向为 S C设计、 o嵌入式系统设计、Ⅵ I设计。

采集 P A的电流，行处理， S进若流经 P A的电流超出 S限流范围， MS能够通过 F P C总线将故障信息发送给

28 4

计算机技术与发展

第2 0卷

系统管理者，然后在系统控制下，执行供电系统的重构动作，而实现电源故障隔离。其功能组成图如图 1从所示，由电压调理电路、它电流负载调理电路、路开多

电源管理系统硬件平台，系统应用软件需完成 P MS系统上电 B T检测、期 B T检测、拟量采样控制、 I周 I模离

散量输出控制、基于 F C—A E—A M协议的 F S C数据

关、缓冲调整、 C接口、 F控制器、开关阵列 ( S P we P A, o rS ihA r ) wt r y电路及系统管理

程序等软硬件部分构成。 c a

接收与发送等功能。由于本系统实时性要求较高、任务关系复杂，因而软件设计时引入已被广泛应用在军

事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高领域中

2电源管理系统硬件设计图 2为 P MS系统硬件结构框图。电源管理系统

的高性能嵌入式实时操作系统 V Wok, x rs完成系统资源的管理和任务调度[引 。,电源管理系统 P MS软件设计主要完成两方面的工作：

硬件设计采用模块化设计方法，主要包括以下几个模块：主控制器模块、存储电路、围接口电路、外模拟量输入电路、离散量输出/ S P A选择电路、电源和复位电路。

1嵌入式操作系统 Vx b k在 P )Ⅵ rs MS硬件平台上的移植。

具体移植工作主要包括： a编写 B P包完 . S成 v wok最小内核文 rs的移植。

*修改 Mae l C n kfe o— i、f h、 o Ad r h、 o i g. S C1 d . r—

mli S等基本文件， nt .完成相关定义和系统的初始化操作； *编写中断驱动软件； *编写时钟驱动软件；图1 P MS功能组成示意图

*编写串口驱动软件。 b添加 F . C接口驱动。 与通用 O I网 S7层

络模型类似， C光纤 F通道也采用了分层的

协议模型，分为 5共 层，别为： C一0 F 分 F、C一

1F、 C一2 F、 C一3和

F C一4分层模型见图，3[-1] 9 2。

SC—F芯片中 o C

F C—I P接口已实现了F C协议的 0层和 1层图2 P MS系统硬件结构框图

的全部功能以及 2层的部分功能。因而 F C接口驱动软件实现了三个功能，如图 4所示。

3电源管理系统软件设计 为实现 P MS对电源模块的监测和控制功能，于基

2基于 v wok平台开发系统应用程序。 ) x rS 系统软件设计时，将系统功能分为多个任务，并使

第8蚵

黎小玉等：基于 SC—C芯片的电源管理系统设计与实现 O F

29 4

用优先级抢占的方式进行任务调度。系统主程序流程图，如图 5所示。

叵耋 I ! I . -齑！ !r—————一~————————————————]一

Fl二公二 li C二二共 . 3 三 二务服二 lF,l C2广—————————————————一

帧协谢流制控

。

I

I l]

I

FC. FS

F1 C . I

r——————制 ll——————— ll——————二 ———二二差—) 二输(———一二二/码及错二控传编解码 T r二二二二二二二二 I——————、度 —————长一————链—一—l———器—— J— F-通介、发、路度速 l C1 O信质收图 3 F协议的分层模型 C

F( H P

对用户应用接

图 5系统主程序流程图

实现F一 C2层协议

圈回国国回国F 1& P m o 8o F - C一 a n f C 2

a上电 B T检测任务。 . I 检测 P MS上电默认供电输入、出是否满输

足待定的精度范围，按预先设定的动作序列通过

完成底层硬件的控制和操作

控制 P A对通用模块供电。 Sb周期 B T检测。 . I

正常工作期间，定时检测供电输入是否正常

以及 P A中的控释开关通断是否正确， S如有故障通过 F C上报系统管理者。

图4 F C接口驱动软件功能——

开始

等待 F接收中断 C●

执行 F数据传输任务 C

有中断Y

I用c收动口数取统制命 调 F接驱接函读系控器令顺序判断系统控制器命令解析返回码

I

命令解析

l

f码e码l码f码f码l码返 f f l l詈 l 返返返返返模发源控 L M篓、电 S块部制发 L块送发分全送源 M模制R S M 部模 土上上 请求给P 给电请求请求控给P的状 L R送生 L R块发 C】 P程

态信 M模命消 M模送开关 o 序状息块信息块控制表态信结息表息柬

,

发送电源模块信息

L M模 R块信息C K

发送生命消息

控制部

开关控制表一 AC K

T

—

+返回状态码5

的 表一 状态 A返回状态码6

给CPO分 L M I R模块一模块 A CK AC K.

C P I状 O态信息 AC K.

返回返回返回返回

状态状态状态状态码1 码2 码3 码4

T

T

调用F C发送驱动接口函数发送数据至主机

中断服务程序结束，置F C接收中断同步信号量

图6 F C数据传榆任务程序流程图

表 2测试结果时问段1 2 3

泵056 . l O3 1 .8 023 .7

管0 32 . 7 02 7 .8 O24 . 1

配套电动饥水位报警器水位传感器推结果排水没箭状态O5 l . 0 0 36 . 9 0 32 . 4 042 .9 035 .8 027 .8 ( ) 1000 ( ) 0 100 ( ) 00 1 0良好 一般低风险

4

0 13 .3

O 17 . 1

0 29 . 2

0 16 .7

( ) 0001

高风险

井安全状况进行预测，且具有较强的动态性，而为决从策者提供多种角度的管理依据。 ( )于 Mal 2基 tb神经网络工具箱的 B a P网络模型具有很强的学习性且准确性较高，因此，对排水设备状态的安全预测是可行的，有效防治井下突水具有实对际指导意义。

[]韩力群 .工神经网络理论、计及应用[ .京：学 5人设 M]北化工业出版社，0 2 20 .[] P r M, h n , i e H. f c n MN i t ak t 6 a J C o gE K P Se l E ie t k g i t a ce c P s A te t ai s g i aue A r zt n[/ I E uh ni t n U i S n t mot ai C]/E E c o n g r i o S rpS cr ya dP i c, S[. ., 0 2 2 7 2 0 y eui r ay U A:Sn]2 0:2— 4 . u t n v

[]施式亮 . 7基于神经网络的煤矿安全性预侧模型及应用[] J. 中国安全科学学报，99 93:4 7 19,()3—3 . []张士昌，健全 .于神经网络理论的矿井安全管理评价 8孙基[]煤矿安全，0 3 3 ( O:3 5 J. 2 0,4 1 ) 5—5 .【 P n M . vn e n n teAp lain o ua Ne. 9 e T Ad a cme ti h pi t fNe rl t J g c o

() 3由于条件限制和时间原因未能很好地借鉴和搜集别的地区(太原市某煤矿

)及其他的 4大煤矿企业的情景和样本数据，此会有一定的局限性。为参考文献：[]朱向彩， 1周伟 . P神经网络在矿井安全监测评价中的应 B用[]山东科技大学学报，0 3 6 2:2 4 J. 2 0, ( ) 5—5 .【 J Heh 2 ct— Nil n R. e r fteB c o aain Nerl e e Th oy o h ak Prp g t ua s o

w r r h r t m odF r at[] T as o W S okf o t e L a oe s n J . r .nP R, oS r c i g n1 9 ( ) 2 0—2 7 9 2 3:5 5.

[0 1]熊亚选，蔡成功 .于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测基[]煤矿安全，04 3 ()3—3 . J. 2 0,59:5 7【 JP ri Th iao e—t in tr n ra cs uh n 1 er A. eBB n 1 g i s aueadbo da t te— me g a

Ne ok J . re o I N 1 9,:9—6 3 t r[]P o .f J N,9 9 1 5 3 0 . w C

t t n p tclC/ 8 h C C n C m C mm nS— i i r oo[ J/ t A M o f o pa o a c o o d n u ec rt U SA: u iy. ACM, o0 2 2 1: 8— 3 7.

[]闫乐林 .确知数学在煤矿安全综合评价中的应用研究 3未[ .安：安科技大学，0 4 1—2 . D]西西 20:8 0[]王三明，军成 .于神经网络理论的系统评价模型[] 4蒋基 J. 工业安全与防尘，0 12 ( )2—3 . 20,32:7 0

[2 1]闻

新，周

露. T A MA L B神经网络应用设计[ .京： M]北

科学出版社， 0 0 20.

(接第 2 9页)上 4

CF .C数据传输任务。系统正常工作时，于 F基 C—AE—AS协议通过 M

[]田 3

泽.嵌入式系统开发与应用[ .京：京航空航天 M]北北

大学出版社，0 5 20 .

F C接收系统管理者发来的命令，对命令进行解析、并 处理，实现与系统管理者之间的通信任务，图 6所如示， F为 C数据传输任务程序流程图。

[]蔡叶芳， 4田[]杨海波， 5田

泽 .于 S P; F基 O (的 C一2协议设计与实

现层泽 . cI核的仿真与验证[]计算机技术 F P软 J.

[]计算机技术与发展，09 1 ()2 4 2 7 J. 20,98:2— 2 .与发展， 0 9 1 ( ) 1 8 7 . 2 0,9 9:6—1 2

4结束语利用面向航空电子系统深层综合化发展需求，基于 S C设计技术研制的 F o C接口芯片 S C F o— C为主控制器研制的电源管理系统，可以实时检测电源模块的

[]李 6

攀，田

泽.于 S P基 O C的 P I信接口设计与实现 C通

[]计算机技术与发展，0 91 ( )2 1 1. J. 20,9 9:1—24 []王金刚 . x rs序员指南[]北京：华大学出版 7 V Wok程 M .清社， 0 3 20.

[]王金刚 .于 V、ok的嵌入式实时系统设计[]北京： 8基 xv rs M.

供电状态，收系统管理的命令，接实现故障信息的上报。如此，仅实现了电源管理系统功能及性能的需不求，时有效地缩短了研发周期，足了飞机高度综同满

清华大学出版社， 0 4 20.【 j ANS . ir h n e Frmi dSg ai一 2 F—F 9 I F beC an l a n a in l g n g n C r S一

2, e .1 M]U: N I20 . )R v 0[ . S A S,03 0[0 N IFbeC a nl h s a a dSg a n ne aef C— 1]A S . i hn e P yi l n i l It fc F r c ni g r

合、小型化的发展需求。参考文献：[]高 1扬，彦明 .一代军用航空电子系统网络[]航空杨新 J.科学技术，0 45:4 6 2 0 ()3—3 .

P, 3M]U: N I19 . H))[ . S A S,94 ([ 1 A S. FbeC a nl i i ni n n—A oy os 1] N I i hn e Av n sE vr met n nm u r oc o S bc br s gn ( C—A usr e Mes i F i ag E—A M ) R v .[ . S S, e1 2 M] U:ANSI 2 6., 00

[2 1]王田苗 .入式系统设计与实例开发[ .京：华大学嵌 M]北清出版社，0 2 20.

[]田泽， 2 于敦山，世敏 .o计与测试[]北京：盛 SC设 M .北京航空航天大学出

版社，0 3 20 .