基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备，包括CPU单元、FPGA单元、模拟量采集接口单元、功能接口单元及电源转换单元；基于龙芯处理器+FPGA的架构形式，支持板级模块热插拔功能，具有6路0～40V、6路

【技术实现步骤摘要】
基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备


[0001]本专利技术属于加固计算机领域，特别是一种基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备。

技术介绍

[0002]随着航空电子系统的不断发展，LRM模块在系统中的应用受到广泛的关注，特别是在第四代战斗机出现以后，LRM模块所具有的优势越来越明显，用LRM模块代替现有的LRU单元，已经成为一种必然的发展趋势。LRM相比LRU，具有以下几点优点：
[0003]1、提高了维修性。LRM将LRU的三级维修(基层级、中继级和基地级)改进为两级维修(基层级和基地级)，其中，中继级需要大量设备资源和人力资源，因此LRM提高维修性的同时，节省了大量成本。
[0004]2、增强了可靠性。封装技术和热设计技术的成熟，使LRM可靠性得到提高，同时模块和安装箱的双重外壳，使LRM具有独立的抗环境能力，进一步保证了其在工作、储存和运输过程中的可靠性。系统采用功能冗余设计，将同一类型的LRM进行资源共享，提高了航空电子系统的可靠性。
[0005]3、减少了备份。由于一个LRM模块相当于原航空电子系统中的一个ATR机箱的能力，同时同一类型的LRM具有通用性，系统在备份过程中，可直接以LRM为备份单位，减轻备份负担。
[0006]4、增强了可扩展能力。由于LRM的接口具有标准化设计，各个LRM之间具有兼容性，而系统是将LRM以类似积木搭建的方式进行组合成不同系统，所以在系统改进时，只需增加新的模块，便可达到功能扩展。
[0007]现有AD采集模块大多采用国外软硬件构造，都是流水线产品，可定制化空间小，精度受限，导致应用面狭窄，且当前AD采集模块采集通道一般以两路通道为主，对模拟量数据无法进行自动汇总解析，没有采用冗余设计，在汇总过程中会出现数据大量丢失的问题，可靠性较弱。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备，解决了国产计算机单机设备不稳定和AD采集精度不高的问题，且具备安全、高可靠和高精度的优点。
[0009]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0010]一种基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备，其特征在于，冗余计算机设备部署在国产龙芯平台上并该平台采用双冗余设计，AD采集设备配置完全相同，通过槽位号裁决主备；
[0011]所述AD采集设备包括：CPU单元、FPGA单元、模拟量采集接口单元、功能接口单元、电源转换单元等单元；
[0012]所述CPU单元，系统的核心单元，选用龙芯2K1000处理器，负责数据解析、打包、计
算、处理等功能；
[0013]所述模拟量采集接口单元将外部输入的模拟量采集信号转换为数字信号，由FPGA单元通过LocalBus访问A/D转换芯片的寄存器，读取通道转换数据；
[0014]所述FPGA单元，用于实现AD芯片数字接口信息采集和RS422接口采集功能，以复旦微电子的JFM7K325T FPGA为核心，与CPU单元通过PCIe x1总线完成数据通信功能；
[0015]所述功能接口单元利用CPU单元提供的GMAC接口扩展2路10/100/1000Mbps以太网接口，用于与外部设备进行通信；另外，负责将CPU、FPGA提供的TTL电平的串行接口，转换为RS232、RS422电平的串行接口，用于与外部设备的串行接口通信；功能接口单元还负责配合FPGA实现采集槽位地址信息、驱动前面板信号指示灯、采集前面板钮子开关状态等功能；功能接口单元通过LRM连接器与LRM计算机模块连接
[0016]所述电源转换单元负责将12V电源输入转换为模块内部需要的+5V、+3.3V等多种等级的电平，为模块内部各单元提供工作电源；
[0017]所述AD采集设备通过热插拔模块实现AD采集设备工作状态时能无损伤插入或拔出机箱。
[0018]进一步地，所述功能接口单元还配合FPGA单元实现采集槽位地址信息、驱动机箱信号指示灯、采集连接的机箱前面板按钮子开关状态功能。
[0019]进一步地，所述模拟量采集接口单元包括信号调理电路、隔离运放电路和AD转换电路。
[0020]进一步地，所述龙芯处理器采用2K1000芯片。
[0021]进一步地，所述FPGA单元采用JFM7K325T FPGA芯片。
[0022]进一步地，该设备基于翼辉操作系统。
[0023]进一步地，所述网络接口采用XECLT2809
‑
A作为网络变压器。
[0024]进一步地，所述热插拔模块采用XC388过压过流保护开关，内部集成一个N沟道场效应管，输入电压范围4V～48V，最大浪涌电流可达到60V，采用导通电阻40毫欧，并通过整形电路实现输入过压保护、输出过压箝位、输出过流保护、短路保护和过温保护。
[0025]进一步地，所述机箱为19英寸1U高上架式机箱，DC28V供电。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于龙芯处理器+FPGA的架构形式，支持板级模块热插拔功能，具有6路0～40V、6路
‑
10～10V模拟量采集接口，2路千兆冗余以太网实现PRP网络，可以将采集到的模拟量状态信息，经过数据处理、汇总、打包后，按照固定的编码格式通过网络接口上报；实现对高精度模拟量进行采集并通过PRP网络上传到上位机，从而实现对模拟量数据的实时监控,同时通过双冗余保证了系统的可靠性；本专利技术设备具备安全、高可靠和高精度的优点。
[0027]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0028]图1为本专利技术基于国产LRM计算机高精度AD采集模块原理框图。
[0029]图2为本专利技术AD采集接口原理框图。
[0030]图3为本专利技术热插拔电路原理框图。
[0031]图4为本专利技术网络接口设计部分原理图。
[0032]图5为本专利技术采集模块逻辑框图。
具体实施方式
[0033]基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备包括硬件设计和软件开发。硬件包括AD采集模块、LRM的冗余计算机模块和PRP网络模块。软件开发主要包括固件、驱动、LRM计算机设备软件和上位机软件的开发，用于实现AD数据采集、数据传输和数据显示等功能。
[0034]逻辑上系统可划分为硬件层、基础软件层和应用层。架构中基础软件层对应操作系统、各功能模块的驱动程序、数据采集软件和数据通信软件，其中各功能模块的驱动程序、数据采集软件和数据通信软件统一称为LRM的冗余计算机高精度AD采集组件。应用层为用户开发的上层应用软件，包含与LRM的冗余计算机高精度AD采集通讯的接口。
[0035]结合图1，本专利技术基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备,功能上分为CPU单元、FPGA单元、模拟量采集接口单元、功能接口单元、电源转换单元等单元。其中，CPU单元为系统的核心单元，选用国产龙芯平台的2K1000处理器，负责数据解析、打包、计算、处理等功能。FPGA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备，其特征在于，包括CPU单元、FPGA单元、模拟量采集接口单元、功能接口单元及电源转换单元；所述CPU单元，采用龙芯处理器，用于负责数据解析、打包、计算、及处理功能，并将数据通过网络接口发送出去；所述FPGA单元，用于实现AD芯片数字接口信息采集和RS422接口采集功能，与CPU单元通过PCIe x1总线完成数据通信功能；所述功能接口单元通过CPU提供的GMAC接口扩展2路10/100/1000Mbps以太网接口，用于与外部设备进行通信；同时，将CPU单元、FPGA单元提供的TTL电平的串行接口，转换为RS232、RS422电平的串行接口，用于与外部设备的串行接口通信，功能接口单元通过LRM连接器与LRM计算机模块连接；所述模拟量采集接口单元将外部输入的模拟量采集信号转换为数字信号，由FPGA单元通过LocalBus访问A/D转换芯片的寄存器，读取通道转换数据；所述电源转换单元负责将12V电源输入转换为模块内部需要的+5V、+3.3V多种等级的电平，为模块内部各单元提供工作电源；所述AD采集设备通过热插拔模块插入或拔出机箱。2.根据权利要求1所述的基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备，其特征在于，所述功能接口单元还配合FPGA单元实现采集槽位地址信息、驱动机箱信号指示灯、采集连接的机箱前面板按钮子开关状态功能。3.根据权利要求1所述的基于LRM的冗余计算机高精度AD采集设备，其特征在于，所述模拟量采集接口单元包括信号调理电路、隔离运...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文俊，冯伟，李庆，张萌，崔凯华，李轶，王维兴，毛晓梅，朱涛，尹加豹，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：