一种低速IO时分复用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低速IO时分复用系统，所述系统包括依次连接的低速IO数据模块、时分复用控制模块和外部低速IO阵列；低速IO数据模块，用于向所述时分复用控制模块发送若干种不同类型的数据；时分复用控制模块，用于将系统时钟进行分频，分为若干个时间片；按照时间片控制低速IO数据模块发送不同类型数据的时序逻辑，将接收到的数据转发给外部低速IO阵列。本发明专利技术以少量的有限的IO引脚资源，采用时分复用的方式，在不影响接口时序、保证各功能模块正常输入输出通信的情况下实现航天全部类型的低速IO的控制功能，确保所有功能共存互不影响，最终实现工程设计的标准化及微小型化。

【技术实现步骤摘要】
一种低速IO时分复用系统
本专利技术涉及航空航天以及SOC设计领域，特别涉及一种低速IO时分复用系统。
技术介绍
在航天任务中，卫星平台和各个载荷之间通过载荷管理器控制有效载荷，以实现分层化管理。载荷管理器是一台集成化的多功能电子设备，主要管理和控制各个有效载荷的工作及运行状态，为有效载荷与卫星平台提供统一的电接口。接口包括高速、中速、低速三大类。高速接口一般采用LVDS、Spacewire等传输图像等大容量高速率数据；中速为1553B、RS422等传输工程参数；而低速则包含了AD、OC、DI、DO以及PWM等在内的众多零散接口，用于实现载荷的遥控以及遥测功能。由于载荷数量众多，接口多样化，因此载荷管理器的管控存在难度。同时，接口的多样化以及数量众多，对载荷控制器提出了大量的资源需求，使得设计很难实现标准化与微小型化。在器件引脚资源有限的情况下，针对接口种类众多，目前市面上一般采用功能复用的方式实现。然而此种复用存在一定的限制，譬如，器件引脚在作为功能A的时候就不能同时作为功能B，反之亦然。即，功能复用存在功能互斥的问题，本质上依然没有完全解决包括低速IO在内的所有接口功能以及实现大量数据接口的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，解决目前技术上由于器件引脚资源有限，接口种类众多而采用功能复用而带来的功能互斥问题，以少量的有限的IO引脚资源，实现航天全部类型的低速IO的控制功能，确保所有功能共存互不影响，最终实现工程设计的标准化及微小型化。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种低速IO时分复用系统，采用时分复用的方式，在不影响接口时序、保证各功能模块正常输入输出通信的情况下，采用25根信号线实现512路模拟量采集控制、336路OC指令控制输出、128路数字量DO输出、128路数字量输入DI以及16路PWM的输出控制。且以上所有功能可同时共存。本专利技术公开了一种低速IO时分复用系统，所述系统包括依次连接的低速IO数据模块、时分复用控制模块和外部低速IO阵列；所述的低速IO数据模块，用于向所述时分复用控制模块发送若干种不同类型的数据；所述的时分复用控制模块，用于将系统时钟进行分频，分为若干个时间片；按照时间片控制低速IO数据模块发送不同类型数据的时序逻辑，将接收到的数据转发给外部低速IO阵列。作为上述系统的一种改进，所述低速IO数据发送模块通过APB总线通信与上位机连接。作为上述系统的一种改进，所述低速IO数据模块包括OC指令控制单元、遥测采集控制单元、数字量输出控制单元、脉宽调制控制单元和数字量输入控制单元；所述OC指令控制单元，用于发出组选择信号、行命令以及列命令到时分复用控制模块；所述遥测采集控制单元，用于发送AD通道号、读转换控制信号和组选择信号到时分复用控制模块；所述数字量输出控制单元，包含输出数据寄存器，用于缓存上位机输出到端口的数字量；所述脉宽调制控制单元，用于选择脉冲信号输出的通道和控制输出脉宽调制信号；所述数字量输入控制单元，包含输入数据寄存器，用于缓存数字量输入数据。作为上述系统的一种改进，所述时分复用控制模块包括：时分复用计数器和时分复用多路选择器；所述时分复用计数器是一个4位计数器，用于系统时钟分频，在一个时间周期内将系统时钟划分为16个时间片；所述时分复用多路选择器，用于循环时间片，以控制低速IO数据模块的时序逻辑：在第1和2个时间片期间，读取OC指令控制单元输出的指令，将指令输出到所述外部低速IO阵列；在第3和4个时间片期间，读取所述遥测采集控制单元的AD通道和控制信号，输出到所述外部低速IO阵列；在第5和6个时间片期间，读取所述脉宽调制控制单元输出的通道号和脉宽调制控制信号输出到所述外部低速IO阵列；在第7和8个时间片期间，将数字量输入和数字量输出的组选择信号输出到所述外部低速IO阵列；在第9和10个时间片期间，根据所述组选择信号，读取所述数字量输出控制单元的数字量输出数据，并发送到所述外部低速IO阵列。作为上述系统的一种改进，所述的时分复用控制模块还包括：时分复用数据锁存子模块，用于接收外部低速IO阵列发送的数字量输入数据和AD采集数据进行锁存，根据时分复用多路选择器输出的控制信号，在第11和12时间片期间，将数字量输入数据发送到所述数字量输入控制单元；在第13和14时间片期间，将AD采集数据输出到所述遥测采集控制单元。作为上述系统的一种改进，所述外部低速IO阵列包括512路模拟量输入、336路OC指令、128路数字量DO输出、128路数字量DI输入以及16路PWM的输出。作为上述系统的一种改进，所述时分复用控制模块的数据更新周期在0.5us内。作为上述系统的一种改进，所述时分复用控制模块和外部低速IO阵列通过时分复用总线连接，所述时分复用总线有25根数据线，进行双向传送数据。本专利技术的优点在于1、本专利技术以极少量资源——25根信号线，实现512路模拟量采集控制、336路OC指令控制输出、128路数字量DO输出、128路数字量输入DI以及16路PWM的输出控制；2、本专利技术的低速IO时分复用FPGA可移植到FPGA、ASIC或者SOC中，并且接口参数可配置，设计灵活方便；3、本专利技术的外部低速IO接口阵列硬件板卡设计易于扩展，可满足不同应用的需求；4、基于本专利技术的低速IO各个接口功能信号互不影响，无功能复用，可同时实现所有接口功能，并实现将零散的IO接口信号集中控制，集成度高，具有标准化与微小型化设计的优点。附图说明图1是本专利技术的低速IO时分复用系统的结构示意图；图2是本专利技术的输出OC接口时序图；图3是本专利技术的输出AD接口时序图；图4是本专利技术的输出DI/DO接口时序图；图5是本专利技术的输出PWM时序图；图6是本专利技术的F03遥测采集控制单元内部组织结构图；图7是本专利技术的EIF01低速IO阵列硬件控制接口的OC接口设计应用框图；图8是本专利技术的EIF01低速IO阵列硬件控制接口的AD应用框图；图9是本专利技术的EIF01低速IO阵列硬件控制接口的DO应用框图；图10是本专利技术的EIF01低速IO阵列硬件控制接口的DI应用框图；图11是本专利技术的EIF01低速IO阵列硬件控制接口的PWM应用框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细的说明。如图1所示，本专利技术的低速IO时分复用系统包括依次连接的低速IO数据模块、F01时分复用控制模块和外部低速IO阵列；所述的低速IO数据模块，用于向所述时分复用控制模块发送若干种不同类型的数据；所述的F01时分复用控制模块，用于将系统时钟进行分频，分为若干个时间片；按照时间片控制低速IO数据模块发送不同类型数据的时序逻辑，将接收到的数据转发给外部低速IO阵列。本专利技术的低速IO数据模块包括F02OC指令控制单元(twoD_7X6X8)、F03遥测采集控制单元(AD976A_64Wx8)、F04数字量输出控制单元(DO_16x8)、F05脉宽调制控制单元(PWM_16)、F06数字量输入控制单元(DI_16x8)共计五个单元；所述的F01时分复用控制模块(Time_Div_Mux)分别连接到F02OC指令控制单元(twoD_7X6X8)、F03遥测采集控制单元(AD976A_64Wx8)、F04数字量输出控制单元(DO_16x8)、F05脉宽调制控制单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低速IO时分复用系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的低速IO数据模块、时分复用控制模块和外部低速IO阵列；所述的低速IO数据模块，用于向所述时分复用控制模块发送若干种不同类型的数据；所述的时分复用控制模块，用于将系统时钟进行分频，分为若干个时间片；按照时间片控制低速IO数据模块发送不同类型数据的时序逻辑，将接收到的数据转发给外部低速IO阵列。

【技术特征摘要】
1.一种低速IO时分复用系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的低速IO数据模块、时分复用控制模块和外部低速IO阵列；所述的低速IO数据模块，用于向所述时分复用控制模块发送若干种不同类型的数据；所述的时分复用控制模块，用于将系统时钟进行分频，分为若干个时间片；按照时间片控制低速IO数据模块发送不同类型数据的时序逻辑，将接收到的数据转发给外部低速IO阵列。2.根据权利要求1所述的低速IO时分复用系统，其特征在于，所述低速IO数据发送模块通过APB总线通信与上位机连接。3.根据权利要求2所述的低速IO时分复用系统，其特征在于，所述低速IO数据模块包括OC指令控制单元、遥测采集控制单元、数字量输出控制单元、脉宽调制控制单元和数字量输入控制单元；所述OC指令控制单元，用于发出组选择信号、行命令以及列命令到时分复用控制模块；所述遥测采集控制单元，用于发送AD通道号、读转换控制信号和组选择信号到时分复用控制模块；所述数字量输出控制单元，包含输出数据寄存器，用于缓存上位机输出到端口的数字量；所述脉宽调制控制单元，用于选择脉冲信号输出的通道和控制输出脉宽调制信号；所述数字量输入控制单元，包含输入数据寄存器，用于缓存数字量输入数据。4.根据权利要求3所述的低速IO时分复用系统，其特征在于，所述时分复用控制模块包括：时分复用计数器和时分复用多路选择器；所述时分复用计数器是一个4位计数器，用于系统时钟分频，在一个时间周期内将系统时钟划分为16个时间片；所述时分复用多路选择器，用于循环时间片以控制低速IO数据接口的时序逻辑：在第1和2个...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛国凤，安军社，解彦，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11