摘要:为解决遥测系统的高速传输问题,设计了嵌入式架构的实时PCM遥测数据传输系统.该系统采用FPGA进行IRIGB时码信息提取,并按照时码信息完成遥测数据的帧同步、串并转换,然后采用ARM处理器完成遥测数据的显示、本地存储和网络上传功能。实验表明,该系统传输PCM遥测数据稳定可靠,实时性强,满足小型航空器的实时数据监控需求。
关键词:遥测系统;PCM 传输;FPGA;嵌入式系统
引 言
在无人机遥测系统中,机载脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)数据是 飞行参数传输的重要载体。为保证无人机飞行过程的可靠性和实时性,在航空遥 测系统中通常需要进行多台计算机组网接收遥测基带数据,并完成PCM数据在遥测通道和以太网之间的转换等任务。传统的PCM遥测数据传输模块通常采用工控机或加固计算机方案,受设备体积、重量的限制,不适合无人机等小型航空器的使用。为此,本文设计了基于嵌入式系统的遥测数据传输模块,采用FPGA和ARM架构完成PCM数据收发、解调和控制逻辑功能,实现了遥测PCM关键飞行参数的实时监控。
1 总体设计和工作流程
系统主要实现外部遥测PCM数据收发、FPGA与ARM接口数据的快速交互,以及ARM控制以太网芯片完成网络数据收发功能。系统总体设计框图如图1所示,主要由三部分组成:信号预处理模块、FPGA 组帧处理模块和ARM显示处理模块。其中,前端预处理模块主要将外部送来的PCM码流数据转换成对应通道RS422串行接口电平信号,以便匹配FPGA电路的采集和处理。FPGA组帧处理模块完成对RS422串行遥测数据的解帧和组帧功能,最终以并行交互的方式将PCM数据提交至ARM 显示处理模块。ARM显示处理模块主要用于存储协议格式和配置参数,筛选、过滤和处理PCM数据,并将需要实时监测的数据显示在液晶屏上。
在设备工作之前,需要对PCM遥测数据所需的配置参数和协议格式进行装订。上位计算机通过以太网将参数依次发送给ARM显示处理模块和FPGA组帧处理模块,二者分别将需要的参数存储至本地内部的RAM缓存。FPGA外挂SRAM可以用来作为外部数据缓存,通过ARM 控制网络控制芯片完成以太网数据传输。FPGA选择 Altera(现被英特尔收购)公司的EP3C25系列芯片,时钟频率可达50 MHz,等效逻辑门数约65万门级,RAM容量为594KB。ARM选择LPC435X系列芯片,CPU 为Cortex-M4架构,工作频率可达204MHz,片内有高达1 MB Flash、136 KB的SRAM 和16KB的EEPROM存储器, 同样片外采用SRAM缓存用于存储大容量数据。
2 信号预处理模块
遥测PCM数据码流通信协议的帧格式普遍采用NRZ_L码型,该码型信号为RS422 差分电平信号,而后级FPGA组帧处理模块采集的是LVTTL信号。因此,在进行PCM 解调前需要将这种差分接口信号转换为单端接口信号。采用差分驱动芯片DS26C32进行信号电平转换,得到单端接口的PCM数据。
3 实现结果
通过搭建测试环境对系统的软硬件功能和性能进行了验证。系统输入采用串口调试助手发送一组固定帧结果的遥测PCM数据流,经过本文传输系统处理后,得到液晶屏显示结果以及本地存储的数据文件。使用UltraEdit软件打开和分析存储的数据文件,经同步比较输入输出内容,可以发现,帧头、帧尾标志分别为EB90 H、146FH,固定帧数据为3C921B08069D0843H,附加4个字节帧计数器。大量试验表明,本系统传输PCM数据稳定可靠,实时传输能力强,满足了设计要求。数据格式如图 7 所示。
立即询价
