[发明专利]一种CPCI-ARINC429热插拔系统

说明书

本发明提出一种CPCI‑ARINC429热插拔系统，能够在物理支持模块和行为功能模块的基础上，结合ARINC429协议，实现CPCI总线下的高可用热插拔，系统的整体结构如图1所示。物理支持包括如下部分：板上主控逻辑模块、热插拔电源管理模块、CPCI通讯模块、ARINC429通讯模块，如图2所示。行为功能设计包括：板卡行为逻辑设计、驱动支持程序改进设计、ARINC429协议配合设计。本发明实现在系统不关闭电源的情况下替换故障设备，并通过结合ARINC429协议，实现高可用热插拔，由系统主动检测故障和替换故障设备。

技术领域

本发明属于电子设备、器件热插拔技术领域。具体涉及到CPCI协议与ARINC429协议。

背景技术

现代飞行器对可靠性有很高的要求。特别是航空数据总线作为现代飞行器中十分重要的构成部分，对可以完成自行排错和更换设备，保证数据完整及时传输的能力有迫切的需求。针对该问题，可以引入高可用热插拔技术来解决。高可用热插拔技术在满足基本热插拔标准的基础上，不仅可以保证热插拔过程的安全性，还使得由程序检错而自动执行热插拔变为可能，为热冗余和热备份的发展提供了支持。然而目前航空领域中的高可用热插拔研究与应用尚有欠缺，一定程度上限制了航空数据总线可靠性的提高。

针对航空领域中的热插拔发展不足，航空数据总线可靠性在热插拔方向仍有提高空间等问题，本发明从高可用热插拔方向对航空数据总线的可靠性提高课题展开研究。本发明的主要内容在于针对自研的CPCI总线设备，在嵌入式实时系统VxWorks下，完成航空数据总线ARINC429对高可用热插拔功能的支持，并对必要的CPCI设备采用冗余设计，当检测到故障或设备移除时，由软件自主完成主从设备的自动切换，使得整个航空数据总线系统满足高可用性要求。研究目的在于满足航空以及航天、电信、工业应用等领域中，数据总线对于保证数据及时准确传输、增强可靠性和稳定性的需求，进而提高系统整体的运行性能。

发明内容

1.本发明提出一种全新的CPCI-ARINC429热插拔系统，能够在物理支持模块和行为功能模块的基础上，结合ARINC429协议，实现CPCI总线下的高可用热插拔。

2.所述系统包括物理支持模块和行为功能模块。物理支持模块为高可用热插拔进行了专门设计，且行为功能模块也针对ARINC429协议进行了定向优化改进。在物理支持模块的为系统提供安全保障和功能实现条件的基础上，通过结合ARINC429协议相关内容进行设计的行为功能模块，使得其可以针对不同的情况(如主动更换设备或出现故障)采取合适的行为与处理措施，从而具有支持CPCI下的高可用热插拔的能力。

3.其中物理支持模块包括如下部分：板上主控逻辑模块、热插拔电源管理模块、CPCI通讯模块、ARINC429通讯模块。

板上主控逻辑模块用于实现板卡上的行为逻辑设计，实现对数据的收发和根据反馈信号来执行相应操作，主要由型号为EP1C6Q240C8的FPGA和相关的辅助模块组成。EP1C6Q240C8为Altera公司的Cyclone系列FPGA，具有可靠性高，相关应用技术成熟的优点。相关辅助模块包括时钟电路配置、PLL倍频、EEPROM配置电路、内核电压电源模块电路、为提高信号稳定增设的FPGA稳定电路、烧录接口。该部分可以单独作为一个FPGA最小系统进行相关调试和性能测试。

热插拔电源管理模块用于保护板卡进行安全的进行热插拔，主要由MIC2580热插拔电源管理芯片、采样电阻和MOS管IRF7413A组成。热插拔支持能力中电源管理必不可少，通常需要设计热插拔电源管理模块来实现，在本设计中所选用的三种元件对应热插拔电源管理模块所一般包括的三个主要元件：热插拔控制器(HSC)、测量电流的采样电阻，以及用作电源控制主开关的开关元件，如N沟道MOSFET，热插拔控制器用于实现控制MOSFET导通电流的环路，其中的采样电阻相当于一个电流检测放大器，N沟道MOSFET用于使电路板的电压按设定的速率线性增加，直至达到电源电压，从而保证热插拔过程中电源的安全性。