CN111679995A - 一种基于1553b总线的空间计算机嵌入式管理执行单元 - Google Patents

一种基于1553b总线的空间计算机嵌入式管理执行单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，包括处理器、FLASH存储器、1553B总线处理器以及1553B总线收发器，处理器设有模拟量采集通道、DA输出以及指令发送通道；1553B总线处理器与1553B总线收发器通过串行总线连接；1553B总线处理器与处理器之间均设置第一电平转换器；指令发送通道通过指令驱动器实现，指令驱动器与处理器通过数据总线连接；1553B总线处理器是用于1553B总线协议转换，1553B总线收发器为1553B总线收发驱动；本发明所述模块集成的处理器最小***、1553B总线控制器、模拟量采集以及指令输出接口为大卫星领域在空间计算机中应用的标准设计，能够作为核心处理模块，在***配以接口电路能组成完整的空间计算机，有助于减少设计周期和设计成本。

Description

一种基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元
技术领域
本发明属于空间嵌入式计算机应用领域，具体涉及一种基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元。
背景技术
小型化是空间嵌入式计算机的发展趋势，目前计算机中处理器***及功能模块均采用分立器件搭建，体积大、重量重、成本高。SIP技术的发展及应用为空间嵌入式计算机小型化设计提供了技术支撑。当前已在空间计算机上应用及成功飞行的嵌入式执行管理单元LSMEU01、指令执行单元LMSIU64等，使得计算机体积、重量、功耗等大幅减小，并且SIP模块工作稳定，表现良好，技术成熟。
当前空间嵌入式计算机***级通讯总线形式主要有两种：1553B总线和CAN总线，指令接口形式也有两种：OC(Open Collector，集电极开路)指令接口和OE(Open Emitter，发射极开路)指令接口。当前应用的嵌入式执行管理单元LSMEU01模块是基于CAN总线和OC指令输出接口，无法满足1553B总线和OE指令接口形式的需求，需要外扩1553B总线协议芯片和OE指令接口芯片才能实现，会使其体积和重量加大，不能体现SIP模块小型化的优势，在一定程度上限制了其应用和推广。
发明内容
为了解决了现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，集成的处理器最小***、1553B总线控制器、模拟量采集以及指令输出接口为大卫星领域在空间计算机中应用的标准设计，满足1553B总线和OE指令接口形式的需求，可以满足空间计算机设计标准化、小型化和国产化需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，包括处理器、FLASH存储器、1553B总线处理器以及1553B总线收发器，处理器设有模拟量采集通道、模拟回线通道、DA输出以及指令发送通道；1553B总线处理器与1553B总线收发器通过串行总线连接；1553B总线处理器与处理器之间设置第一电平转换器；1553B总线处理器与第一电平转换器通过数据总线以及地址总线连接，FLASH存储器与处理器通过地址总线、数据总线以及控制总线连接；指令发送通道通过指令驱动器实现，指令驱动器是用于OE指令输出，指令驱动器与处理器通过数据总线连接；
1553B总线处理器是用于1553B总线协议转换，1553B总线收发器为1553B总线收发驱动。
指令驱动器与处理器之间设置第二电平转换器和锁存器，第二电平转换器与处理器通过地址总线、数据总线以及控制总线连接，锁存器通过控制总线连接第二电平转换器，指令驱动器与锁存器通过控制总线连接。
指令驱动器设20路射随指令输出。
模拟量采集通道通过第一模拟开关、第一运算放大器以及第三电平转换器实现，第三电平转换器通过控制总线分别连接第一模拟开关和处理器，第一模拟开关选择输出的模拟量经第一运算放大器处理后送至处理器；
模拟回线通道通过第二模拟开关、第二运算放大器以及第四电平转换器实现，第四电平转换器通过控制总线连接第二模拟开关和处理器，第二模拟开关选择输出的模拟量经第二运算放大器处理后送至处理器；
第一模拟开关和第二模拟开关用于输入的模拟量通道选择，第一运算放大器和第二运算放大器用于在模拟量通道选择后对输入模拟量跟随放大。
模拟量采集通道和模拟回线通道比为4:1。
FLASH存储器与处理器双向数据传输，处理器向FLASH存储器分配地址，并向FLASH存储器发出控制指令。
电平转换器用于内部3.3V和5V电平信号转换。
处理器还通过地址总线连接有译码器，译码器用于对外输出片选。
处理器还设有四路DA输出、四路UART全双工接口、一路外部中断、一路SPI总线、JTAG调试接口、三路PWM、三路定时器接口、八路GPIO接口以及电源接口。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1553B总线是大卫星领域空间嵌入式计算机主要总线之一，OE指令的应用也逐渐广泛，本发明在不改变现有模块尺寸的情况下，将1553B总线和OE指令功能与处理器***集成在一起，形成一种嵌入式管理执行单元，采用高集成度SIP技术将空间计算机末端信息的采集和控制的标准化设计电路集成在一个封装内，嵌入到控制管理计算机或各载荷终端设备中，
本发明所述模块集成的处理器最小***、1553B总线控制器、模拟量采集以及指令输出接口为大卫星领域在空间计算机中应用的标准设计，能够作为核心处理模块，在***配以接口电路能组成完整的空间计算机，有助于减少设计周期和设计成本，其应用能够有效降低空间计算机产品体积、重量以及功耗，不仅可以满足整星轻量化的需求，而且可以满足空间计算机设计标准化、小型化和国产化需求。
附图说明
图1为嵌入式管理执行单元SIP模块原理框图。
图2为基于本发明一种嵌入式管理执行单元SIP模块的空间计算机CPU板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细阐述。
如附图1所示，一种基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，包括处理器1，处理器1用于控制其它功能电路工作，处理器1的对外接口包括四路DA输出、四路UART全双工接口、八路GPIO口、一路外部中断、一路SPI总线、JTAG调试接口、三路PWM、三路定时器接口、电源接口、一路外部中断及时钟输入；模拟开关2是用于模块输入的模拟量通道选择，模拟量通道和回线比为4:1；电平转换器3是用于模块内部3.3V和5V电平信号转换；运算放大器4是用于模拟量通道选择后的跟随放大；FLASH存储器5用作处理器的程序存储器；电平转换器3包括第一电平转换器31、第二电平转换器32、第三电平转换器33和第四电平转换器34；运算放大器4包括第一运算放大器41和第二运算放大器42，模拟开关2包括第一模拟开关21和第二模拟开关22。
1553B总线处理器6是用于1553B总线协议转换；1553B总线收发器7是用于1553B总线收发驱动。
锁存器8是用于数据锁存；指令驱动器9是用于OE指令输出；译码器10是用于对外输出片选。
第一电平转换器31与1553B总线处理器6通过数据总线和控制总线连接；1553B总线处理器6与1553B总线收发器7通过串行总线连接，
第二电平转换器32与锁存器8通过控制总线连接，锁存器8与指令驱动器9通过控制总线连接，指令驱动器9与处理器1通过数据总线连接，
第三电平转换器33与处理器通过数据总线连接，第三电平转换器33与第一模拟开关21通过数据总线连接；第一模拟开关21选择输出的模拟量经第一运算放大器41处理后送至处理器1；
第四电平转换器34与处理器通过数据总线连接，第四电平转换器34与第二模拟开关22通过数据总线连接；第二模拟开关22和第二运算放大器42通过控制总线连接，第二模拟开关22选择输出的模拟量经第二运算放大器42处理后送至处理器1；
FLASH存储器5与处理器1通过地址总线、数据总线以及控制总线连接，FLASH存储器5与处理器1双向数据传输，处理器1向FLASH存储器5分配地址，并向FLASH存储器5发出控制指令。
本发明提出的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，以处理器为核心，外扩程序存储器、数据存储器、1553B总线、通用异步收发传输器(UART)、模拟量采集、DA输出以及指令发送通道；如图1所示，技术指标如下：
(1)内核：处理器1；型号为LC801E
(2)程序存储器：64KB FLASH，可外扩PROM；
(3)数据存储器：32KB，能外扩SRAM；
(4)总线：1553B总线，设计1553_A和1553_B两条总线双冗余2路；
(5)UART:4路全双工，带256B的接收FIFO和发送FIFO；
(6)模拟量采集通道：32路，采集范围0～5V，12位的ADC；
(7)DA输出4路，11位DAC；
(8)指令发送通道：20路射随；
(9)封装形式及尺寸：PGA192高温陶瓷外壳；
(10)外形尺寸：46mm×46mm×10.6mm；
本发明实施例提供了一种基于1553B总线的嵌入式管理执行单元为处理器的空间计算机CPU板，设计框图如图2所示，基于1553B总线的嵌入式管理执行单元的空间计算机CPU板，CPU单板采用主备机和冷备，主备机设计完全一致，包括SIP模块11、晶振12，看门狗及复位电路13，三次电源转换芯片14、地址线和片选驱动器15、数据线驱动器16、变压器17、接插件18、1553B接插件19以及板间接插件20，SIP模块11作为处理核心通过1553B总线与其它单机进行信息交互和协议解析，晶振12用于提供SIP模块11内部处理器及1553B控制器工作所必需的时钟，看门狗及复位电路13是用于整板电路上电复位及处理器看门狗电路，通过三次电源转换芯片14接入外部供电电源，三次电源转换芯片14用于本板三次电源；板间插接件20用于连接外部设备与CPU板，JTAG调试接口通过接插件18与外部连接，1553B接插件19与SIP模块11之间设置变压器17，SIP模块11通过地址线和片选驱动器15向外部输出选址指令和片选指令，SIP模块11数据线驱动器16与外部实现双向数据通信。三次电源转换芯片14用于提供本CPU板的5V、3.3V和1.8V电源。
本发明所举的具体实施例仅是对此发明精神的诠释，本发明技术领域的技术人员可以对描述的具体实施例进行修改或类似的方法替代，并不偏离本发明的精神。

Claims (9)

1.一种基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，包括处理器(1)、FLASH存储器(5)、1553B总线处理器(6)以及1553B总线收发器(7)，处理器(1)设有模拟量采集通道、模拟回线通道、DA输出以及指令发送通道；1553B总线处理器(6)与1553B总线收发器(7)通过串行总线连接；1553B总线处理器(6)与处理器(1)之间设置第一电平转换器(31)；1553B总线处理器(6)与第一电平转换器(31)通过数据总线以及地址总线连接，FLASH存储器(5)与处理器(1)通过地址总线、数据总线以及控制总线连接；指令发送通道通过指令驱动器(9)实现，指令驱动器(9)用于OE指令输出，指令驱动器(9)与处理器(1)通过数据总线连接；
1553B总线处理器(6)是用于1553B总线协议转换，1553B总线收发器(7)为1553B总线收发驱动。
2.根据权利要求1所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，指令驱动器(9)与处理器(1)之间设置第二电平转换器(32)和锁存器(8)，第二电平转换器(32)与处理器(1)通过地址总线、数据总线以及控制总线连接，锁存器(8)通过控制总线连接第二电平转换器(32)，指令驱动器(9)与锁存器(8)通过控制总线连接。
3.根据权利要求1所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，指令驱动器(9)设20路射随指令输出。
4.根据权利要求1所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，模拟量采集通道通过第一模拟开关(21)、第一运算放大器(41)以及第三电平转换器(33)实现，第三电平转换器(33)通过控制总线分别连接第一模拟开关(21)和处理器(1)，第一模拟开关(21)选择输出的模拟量经第一运算放大器(41)处理后送至处理器(1)；
模拟回线通道通过第二模拟开关(22)、第二运算放大器(42)以及第四电平转换器(34)实现，第四电平转换器(34)通过控制总线连接第二模拟开关(22)和处理器(1)，第二模拟开关(22)选择输出的模拟量经第二运算放大器(42)处理后送至处理器(1)；
第一模拟开关(21)和第二模拟开关(22)用于输入的模拟量通道选择，第一运算放大器(41)和第二运算放大器(42)用于在模拟量通道选择后对输入模拟量跟随放大。
5.根据权利要求4所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，模拟量采集通道和模拟回线通道比为4:1。
6.根据权利要求1所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，FLASH存储器(5)与处理器(1)双向数据传输，处理器(1)向FLASH存储器(5)分配地址，并向FLASH存储器(5)发出控制指令。
7.根据权利要求1所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，电平转换器用于内部3.3V和5V电平信号转换。
8.根据权利要求1所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，处理器(1)还通过地址总线连接有译码器(10)，译码器(10)用于对外输出片选。
9.根据权利要求1所述的基于1553B总线的空间计算机嵌入式管理执行单元，其特征在于，处理器(1)还设有四路DA输出、四路UART全双工接口、一路外部中断、一路SPI总线、JTAG调试接口、三路PWM、三路定时器接口、八路GPIO接口以及电源接口。
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