一种基于PowerPC+FPGA+ARM架构的飞控计算机的制作方法

本实用新型涉及无人机航电技术领域，具体涉及一种基于powerpc+fpga+arm架构的飞控计算机。

背景技术：

目前，随着无人机功能和任务的复杂化，无人机系统执行机构众多，而且搭载的航电设备、任务载荷也越来越丰富。这要求飞控计算机具有较多数量的串行接口、can接口、模数采集接口、数模转换接口，此外还有功率控制输出功能。随着无人机技术的发展，对飞控计算机的运算处理能力、可扩展性、体积和重量也提出了越来越高的要求。

目前飞控计算机主要有powerpc体系计算机、dsp加接口芯片体系的计算机、arm加接口芯片体系的计算机等。powerpc内核运算能力强，能够运行嵌入式实时操作系统，然而接口扩展时严重依赖专用接口芯片；dsp芯片缺点明显，接口单一，扩展性差；arm内核处理器外设丰富，然而浮点运算能力相对较差，不能满足飞机越来越复杂的运算要求。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种基于powerpc+fpga+arm架构的飞控计算机，该装置综合利用了powerpc强大的运算能力、fpga可编程的优点以及arm处理器自主运算能力与外设丰富的特点，接口资源丰富、运算处理性能强、具有很高的扩展性和灵活性。

技术方案

一种基于powerpc+fpga+arm架构的飞控计算机，其特征在于包括powerpc模块、fpga模块、arm模块，powerpc处理器与fpga通过localbus总线连接，通过fpag连接串口扩展芯片st16c654、独立can控制芯片sja1000t、电平转换芯片74hct245，实现串口的扩展、can的快速收发、i/o端口电平的逻辑转换；powerpc处理器与arm处理器通过spi总线连接，以arm处理器为核心，扩展了串口采集电路、数模转换电路、模数采集电路、回收控制电路、机载电压监测电路；powerpc处理器负责向arm处理器发送控制指令，并读取arm处理器采集的信息。

所述的回收控制电路是3个功率输出电路，电路完全相同，负责开伞火头、开气囊火头、抛伞火头的开关控制；所述的回收控制电路采用双余度控制方式，来自fpga和arm处理器的两路i/o控制端都连接到功率输出电路的输入端；此外，功率输出端连接反向器，再连接到arm处理器i/o输入端，从而形成电压值的反馈。

所述数模转换电路和模数转换电路，采用ad7951芯片和ad5725芯片分别进行12位数模转换和14位模数转换；在模数转换芯片ad7951的输入端连接多路模拟开关芯片adg426，可进行16路模拟通道数据的采集；为了检测数模转换值dac的正确性，将4路模数转换电路的输出端连接到adg426多路开关的输入端，进行数模转换电压值的回采。

有益效果

本实用新型提出的一种基于powerpc+fpga+arm架构的飞控计算机，powerpc、fpga、arm芯片都具有独立的数据处理能力，该装置运算能力强。通过三个核心芯片的组合，增加了该装置的可扩展性、硬件接口资源，将处理任务分配给powerpc和arm处理器，减小了单核的负载，运算处理能力强。特点如下：

1、fpga通过localbus总线连接powerpc，搭建串口扩展电路和can总线收发电路，扩展4路串口，1路can接口，8路i/o输出接口。

2、arm处理器通过spi总线与powerpc相连，利用arm处理器外设丰富的特点，扩展多路串口、数模转换电路、模数转换电路、回收控制电路、机载电压检测电路。

3、针对关键的回收控制电路，采用双余度控制电路，来自fpga和arm处理器的两路i/o接口都连接到功率输出电路的输入端，两路i/o互相备份。此外，光耦继电器输出端连接反向器，反向器输出端连接到arm处理器i/o输入端。该电路既有输入电压，又有输出电压的采集，形成反馈。

4、arm处理器芯片为stm32，所述数模转换电路和模数采集电路利用stm32fsmc总线连接，分别进行12位数模转换和14位模数转换。其中，四路数模转换电路的输出端连接到模数采集电路的输入端，进行数模转换值电压值的回采,检测数模转换值是否正确。

附图说明

图1本实用新型硬件结构框图

图2本实用新型回收控制电路图

图3本实用新型模数采集电路示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述：

本实用新型所采用的技术方案是：飞控计算机主要包括powerpc模块、fpga模块、arm模块，powerpc模块分别与fpga模块、arm模块相连。飞控计算机以powerpc微处理器为核心，通过localbus总线连接fpga，搭建串口扩展电路、can总线收发电路和高速i/o电平输出电路；利用arm处理器的丰富外设进行串口、模数采集电路、数模转换电路、回收控制电路、机载电压检测电路的扩展。

所述powerpc处理器通过localbus总线与fpga相连，首先powerpc12个io端口连接串口扩展芯片st16c654，扩展成4个ttl串口通道；连接sja1000t芯片和can收发芯片tja1050，实现can总线数据的收发；连接八路收发器74hct245，实现5vio端口的输出。

所述powerpc处理器通过spi总线与arm处理器直连，powerpc处理器为主机，arm处理器为从机。以arm内核的微处理器为核心，利用其丰富的外设接口扩展多路串口、数模转换电路、模数转换电路、回收控制电路、机载电压检测电路。powerpc处理器负责向arm处理器发送控制指令，并读取arm处理器采集的信息。

所述回收控制电路，是3个功率输出电路，电路完全相同，负责开伞火头、开气囊火头、抛伞火头的开关控制。为了提高该电路的可靠性，采用双余度控制方式，来自fpga和arm处理器的两路i/o控制端都连接到功率输出电路的输入端。此外，功率输出端连接反向器，再连接到arm处理器i/o输入端，从而形成电压值的反馈。

所述数模转换电路和模数转换电路，采用常用的ad7951芯片和ad5725芯片分别进行12位数模转换和14位模数转换。由于两个芯片所用的gpio引脚资源较多，采用stm32内部高速总线fsmc总线进行arm内核与芯片之间的信息交互。在模数转换芯片ad7951的输入端连接多路模拟开关芯片adg426，可进行16路模拟通道数据的采集。为了检测数模转换值(dac)的正确性，将4路模数转换电路的输出端连接到adg426多路开关的输入端，进行数模转换电压值的回采。

所述机载电压监测电路，主要通过运算放大器前端与后端阻值比例调节机载电网一路电压、二路电压，利用stm32自带的adc外设采集调节后的电压值，完成对供电电压的实时监测。

本实用新型采用powerpc与fpga、arm的组合架构，参见图1，powerpc处理器与fpga通过localbus总线连接，通过fpag连接串口扩展芯片st16c654、独立can控制芯片sja1000t、电平转换芯片74hct245，实现串口的扩展、can的快速收发、i/o端口电平的逻辑转换。powerpc处理器与arm处理器通过spi总线连接，以arm处理器为核心，扩展了串口采集电路、数模转换电路、模数采集电路、回收控制电路、机载电压监测电路。powerpc处理器负责向arm处理器发送控制指令，并读取arm处理器采集的信息。

回收控制电路采用的是双余度控制电路，参见图2，来自fpga和arm处理器的两路i/o控制端都连接到功率输出电路的输入端。任一路控制电压为高电平时，三极管v1导通，5v电压经电阻r3、光耦继电器aqv252g输入端、三极管v1的集电极和发射极，最终汇到gnd，形成闭合回路，导致继电器输出端闭合，1.2a恒流源与输出端pout导通。同时为了检测pout端的电压是否正常，连接反向器cd74hc4049pw，将ptest连接arm的io输入端。如果检测ptest等于0，则有电压输出。反之，则无电压输出。作为反馈输入，可以判断控制电路有无故障以及控制电压是否到达。

参见图3，模数采集电路选用16路模拟开关芯片adg426和14位模数转换芯片ad7951，将stm32芯片的fsmc4位地址总线连接到adg426的地址端，进行16路模拟输入的译码片选，当模数转换芯片ad7951的转换控制端、读数据端、片选端都为低电平时，芯片开始转换模拟电压。当检测到eoc输出端电平为高电平时，14位数字量转换完成。通过stm32芯片fsmc的14位数据总线读取转换的结果。16路模拟输入包含4路数模转换电路输出的模拟值，通过对数模转换电压值的回采，检验数模转换电路的可靠性。