跟着航天技能的不断开展，对操控的要求也越来越高，需求具有更高的反应速度和更强的数据处理才能。在航天范畴，一旦操控发生过错，将会构成难以估计的丢掉。因而，怎么进步操控的牢靠性是长期以来的一个重要问题。本文介绍了SOC运用办法的一种实践开发计划，要点评论了渠道核算机的高牢靠性的规划和完结办法。
高牢靠渠道核算机首要任务
本高牢靠渠道核算机首要完结以下首要任务：实时选取惯性丈量外表输出的转动角增量和视速度增量；接纳机载导航体系给出的初始方位、速度以及姿势数据；实时接纳定位卫星丈量数据；实时完结制导、姿控方程的运算，依照操控律及制导律要求，对收集的信息进行改换、归纳，构成操控/制导指令，操控舵机；集成1553B总线通讯功用，进行总线通讯与操控；4路D/A输出姿势操控指令；具有8级可屏蔽中止；经过1553B接口与地上核算机通讯，进行信息交流；供给三个带光电阻隔的RS422接口。
渠道核算机选用FPGA+S698IP核的计划（简称SOC），以欧比特公司的S698IP核做为主CPU，别的再把1553B总线操控器、VME总线操控器、3个带FIFO的UART整合在一起。表现了欧比特公司S698IP核灵敏、优胜功用。并且支撑多操作体系。选用SOC规划节约贵重的流片费用、添加体系规划的灵敏性、便利修正、大大缩短规划开发的周期。
高牢靠渠道核算机
高牢靠渠道核算机功用框图示于图1。
图1高牢靠渠道核算机功用框图
高牢靠渠道核算机选用FPGA＋S698IP核的SOC办法完结，FPGA选用ALTERA公司Cyclone系列EP1C20。
高功用的S698IP核作为内核，集成了很多的外围设备，并将这些一切的模块悉数集成到一个FPGA器材傍边，降低了整个板级体系的本钱，缩小了板级体系的体积，器材等级选用工业级以上器材，大大进步了体系的牢靠性。
S698IP核的功用框图示于图2。
图2S698IP核功用框图
S698IP核特色如下：内部运用了5级流水线，SPARCV8指令集；硬件乘法器和除法器；支撑2条DSP指令（MAC&UMAC）；浮点运算：双精度（64位）；具有分隔的指令和数据cache结构（哈佛结构），能够依据需求灵敏的装备cache的容量，巨细规模是1－64kbyte；片上总线规范运用了AMBA2.0规范，支撑APB，和AHB规范；外设可削减，包含UART，守时器，中止操控器，存储器办理单元，I/O端口，看门狗等；选用AMBAAHB／APB总线结构的用户规划新模块，能够很简单加入到S698IP核中，完结用户的定制运用；集成调试支撑单元（DSU），支撑硬件调试功用。
高牢靠渠道核算机体系板具有如下硬件资源：FPGA（集成S698、1553B、VMEIP核）；1553B部分；VME部分；4MBFLASH；4MBSRAM；4路+10V～-10V，12位DA输出；3路光电阻隔RS422，其间2路具有16字节FIFO，1路1K字节FIFO；频标频率可装备；守时器；8级中止；FPGA供给JTAG、AS接口；1路UART；DSU（硬件调试单元）。
S698IP核高牢靠规划
为了适用于航空航天的高牢靠性运用，S698IP核选用多层次的容错战略；奇偶校验、TMR（三模冗余）寄存器、片上EDAC（检错和纠错）、流水线重启、逼迫Cache不命中等。虽然现在简直一切CPU都有一些惯例的容错办法，如奇偶校验、流水线重启等，像IBMS／390G5还选用了写阶段曾经的悉数流水线仿制技能。IntelItanium选用的混合ECC和校验编码等技能；但远没有S698IP核那样，选用如此全面的容错办法。
S698IP核将时序（存储）单元的状况翻转作为数字容错的首要内容，依据时序逻辑的不同特色和性质，选用了不同的容错技能和手法。
1）Cache的容错。大的Cache对高功用CPU来说是至关重要的，并且坐落处理器的要害（时刻）通路上。为了削减复杂性和时刻开支，过错检测的办法选用2位的奇偶校验位，l位用作奇校验，l位偶校验，因而能够查看一切的过错状况，在读Cache的一起进行校验。当校验出过错，强制Cache丢掉，并从外部存储去获取数据。
2）处理器寄存器文件的过错维护。寄存器文件是处理器内部的寄存器堆，内部的寄存器关于指令的运转速度和用户程序规划的灵敏程度都是很重要的。内部寄存器的运用频率很大，其状况的正确性是也很要害。S698IP核选用1、2奇偶校验位和（32.7）BCH校验和进行容错。
3）触发器的过错维护。处理器的2500个触发器均选用三模冗余的办法进行容错，经过表决器来决出正确的输出。
硬件高牢靠规划
3个RS422接口和1553B接口是体系对外接口，RS422选用光电阻隔，作业时以光作为前言来传递信息，无触点，寿命长，呼应速度快，输入和输出在电气上是彻底阻隔的，选用了高等级阻隔电源，给光耦独自供电，抗干扰才能强。
1553B是一种具有可确定性的、传输牢靠的数据总线，为双冗余规划，广泛地运用于不同的军事渠道（航空体系、地上车辆体系、舰艇体系）体系，现已开展成世界公认的数据总线规范。
底板数据总线为VME（VersaModuleEurocard），VME总线是一种通用的核算机总线它界说了一个在严密耦合（closelycoupled）硬件构架中可进行互连数据处理、数据存储和衔接外围操控器材的体系。经过多年的改造晋级，VME体系现已开展的十分完善，环绕其开发的产品广泛了工业操控、军用体系、航空航天、交通运输和医疗等范畴。
全体的牢靠性规划
SPARC微处理器最杰出的特色便是它的可扩展性，这是业界呈现的第一款有可扩展性功用的微处理器，它的无量扩展才能能够敷衍各种改变的数据处理要求。具有高结构化规划，容错及程序维护等规划。因为其独特的功用，在航天范畴得到了喜爱。因为选用SOC办法，内部集成度高，外部扩展作业少，此自身具有较强的抗干扰才能；一起经过外部硬件电路以及软件的抗干扰规划，渠道核算机能够完结十分高的牢靠性。
RS422
3个UART操控器在SOC中完结，经过RS422收发芯片将LVTTL电平转化为RS422电平，其间1路RS422带接纳/发送中止。
UART1具有16byte的FIFO，可发生中止，取数后，清中止，并一起清空FIFO。UART2具有1Kbyte的FIFO，数据发送时由独立办理器办理，不占用CPU时刻。UART3具有16byte的FIFO，可发生中止。
选用RS422总线接口，最大传输间隔：1000m。为了进步抗干扰才能和较高的EMI防护功用，选用了光电阻隔办法，进步了节点的稳定性和安全性。
频标和5ms中止
频标和5ms中止功用在SOC中完结。频标默许频率1ms，兼容TTL电平，50％占空比。在SOC中可经过装备不同的值输出不同频率的频标，其发动和封闭均可由软件操作相应寄存器来操控。
5ms守时器模块用于发生周期性的中止请求，默许周期为5ms，其发动和封闭均可由软件操作相应寄存器来操控。
1553B部分
1553B总线与S698IP核集成在一起，在SOC中完结。传输速度为每秒1M比特，字的长度为20个比特，数据有用长度为16个比特，信息量最大长度为32个字，传输办法为半双工办法，传输协议为指令/呼应办法，毛病容错有典型的双冗余办法，第二条总线处于热备份状况；可经过软件装备完结3个不同的终端，有总线操控器（BC）、远置终端（RT）和总线监听器（BM）；信息格局有BC到RT、RT到BC、RT到RT、播送办法和体系操控办法；能挂31个远置终端，传输前言为屏蔽双绞线，总线耦合办法选用直接耦合办法。渠道核算机完结了完好的1553B总线的通讯，其包含BC、RT、BM，其功用、通讯以及操作办法同BU－6158X芯片根本共同。一片能完结1553B功用的专用芯片DDC61580价格不菲，并且全面依靠进口。全面依靠进口的产品用在特别范畴也不适合，而咱们在一款性价比很高的FPGA里就完结了完结DDC61580相同的功用。
1553B总线操控器的主机接口有两种：APB和AHB。主机（即SPARCV8处理器）经过APB接口（包含输入总线APBI和输出总线APBO）拜访寄存器，经过AHB接口（包含输入总线AHBI和输出总线AHBO）拜访存储器。ManchesterCODEC的输出/输入为互补曼彻斯特码，码速率为1Mbps。信号RXA、RXAN、TXA、TXAN、TXAEN、RXB、RXBN、TXB、TXBN和TXBEN为1553B总线操控器同外置收发器芯片的接口信号。
本核算机渠道能够经过对1553B操控器寄存器进行装备，能够别离完结BC、RT、BM的功用。能够灵敏运用在不同的场合。
VME部分
VME总线是一种运用较为遍及的核算机接口总线，技能老练。现在国内外很大一部分的星载核算机并行总线都选用VME总线结构。VME总线是一种高速、异步并行数据传输总线，可在非多路、32位数据和地址通路上支撑八位、十六位和三十二位的传输，通讯协议是异步和全挂钩办法的。它包含的功用模块有：主模块、从模块、中止模块和中止办理模块，别的还有两个模块：总线守时模块和IACK菊花链驱动模块辅佐上述各个功用模块。
本渠道核算机VME总线操控器在SOC中完结规范VME总线，VME总线信号从SOC出来后，经总线驱动电路，输出到背板衔接器。总线芯片选用74ALVC164245，完结3.3V～5V电平转化。VME接口与底板衔接器有96个引脚，排列成三排，每排32引脚。VME操控器挂接在处理器外部存储操控器总线上，映射的区域为I/O区，为其分配的地址区域为：0x24000000～0x24FFFFFF，共16M空间。
D/A转化模块
D/A转化模块由以下三部分组成：D/A转化芯片、基准、运放。12位D/A转化精度，可输出4路+10V～-10V电压
软件编程
S698IP核能够支撑ucLinux，RTEMS，Vxworks等多种操作体系；也可不运用操作体系，支撑规范C编程。并且开发了Linux和Windows下图形化集成开发环境，支撑盛行的调试办法；开发环境支撑离线仿真调试和方针板在线调试。
结语
这种高牢靠渠道核算机，不再选用体积大、粗笨而又功耗巨大的处理器芯片（如DSP），而是直接将S698IP核放进FPGA。一起在硬件、软件以及制板布线等方面选用多种进步体系牢靠性的规划办法。体系将大部分的处理功用硬件化，运用FPAG的丰厚资源，将整个体系放入一片FPGA芯片内。其间的S698IP核进行操控办理和一些有必要的核算处理。这样的一款国产的高功用的处理器，具有自主的知识产权，运用在一些特别的范畴，关于国家安全来说尤为重要。S698IP核在功用上也绝不差劲于其他同类处理器，丰厚的外设，为用户搭建了一个芯片级的高牢靠核算机渠道，运用起来极为便利。
责任编辑：gt
