一種基于CPLD的固存國產化設計方法

摘要：為滿足現有某型飛機綜合導航計算機的維修保障工作，對導航計算機中的固存單元進行系統原理分析并系統分析。使用CPLD生成所需要的控制信號，選用FLASH芯片作為故障存儲器件磁芯的替換件。依據工作原理設計國產化固存單元替代方案。為后續維修保障任務提供有力技術支撐。

關鍵詞：存儲轉換? 國產化? 固存? 磁芯

1 引言

引進俄制軍用飛機航空電子系統，是引進裝備國產化的重要內容，是實現武器裝備自主可控發展的重要途徑，只有加速國產化改造進程，才能發揮其在我軍作戰系統中的重要作用，提升部隊信息化、系統化作戰能力。近幾年來，我國引進的進口設備和備件經常性的發生故障。這就對進口設備的國產化產生了需求。

目前由我處承擔的國內現有某型飛機試驗機維護保障工作中，需要對故障部件進行維修并進行保障。在維修過程中，發現導航計算機中固存部件故障。根據對其原理分析，固存部件故障原因為存儲器件磁芯失效導致。由于此器件為國外多年前停產器件，無國產替代產品，且無法找到貨源。在板所有存儲芯片的程序已經讀出，因此提出了國產化固存替代方案。

2 原理分析

現有固存部件用于存儲綜合導航計算機程序存儲及讀取。內部包含固存轉換板和存儲板兩個模塊，其中固存轉換板電路分為：輸入地址串并轉換部分、脈沖產生部分、地址LA8～13位譯碼部分、地址LA3～7位譯碼部分、地址LA0～2位譯碼部分、輸出數據并串轉換部分。功能框圖見圖1。

固存輸入的地址信號送入地址信號接口，脈沖信號送入脈沖、觸發信號產生部分，脈沖信號經過脈沖產生電路生成控制信號送給程序存儲器，地址信號經順序排列后也送給程序存儲器，程序存儲器將地址對應的數據送出到輸出數據并串轉換部分，經并串轉換送出到計算機部件。

3 國產化方案設計

3.1 系統方案設計

國產化的固存模塊采用一個模塊實現原固存兩個模塊的功能。主要完成脈沖信號發生，地址順序重排，并行數據讀出，并行數據并串轉換四個功能。

其中，輸入信號包括輸入的串行地址、脈沖信號及觸發信號;當地址信號訪問程序存儲單元存儲原有的固存程序時，將數據送到并串轉換部分;輸出的并行信號經過并串轉換送出給計算機系統CPU部件。

3.2 詳細方案設計

3.2.1 設計思路

脈沖觸發信號產生電路實現觸發信號產生功能，地址接口電路實現輸入地址重新排序功能。將脈沖觸發信號產生、地址接口部分和輸出數據并串轉換部分采用CPLD實現。存儲器采用FLASH實現。

3.2.2 芯片選型

1）CPLD器件，選用LATTICE 公司 IspLSI 1K系列ispLSI1032EA-100型號，規格如下：

供電電壓：5V;

兼容TTL及CMOS電平;

內部PLD數量：600個;

寄存器數量：192個;

最大可用I/O引腳數：64個;

最大輸入時鐘頻率：100MHz

傳播延時：最大12.5ns ;

工作溫度：-55°C到125°C。

2）FLASH器件，選用AMD公司AM29F400B芯片

供電電壓：5V;

容量：256K*16bit

工作溫度：-55°C到125°C。

3）比較器，選用TI公司TLV3502芯片，將輸入正弦波脈沖信號整形為標準電平。

供電電壓：2.7～5.5V;

輸入偏移電壓：1mV（典型值）;

傳播延時：4.5nS（TTL電平輸入，5V供電）;

工作溫度：-40°C到125°C。

4）針對輸入輸出接口，需要對輸入輸出信號隔離，故在輸入信號后級和輸出信號前級增加兩片54AHCT245芯片作為接口。

3.2.3 時序邏輯說明

原固存部件輸入時鐘信號CLK、脈沖信號ST、串行地址SA0K、SA0H、SA0L信號以及輸出數據SD0H、SD0L對應時序關系如下表所示：

國產化固存模塊工作原理、時序邏輯及接口部分也與原固存部件相同，即在時鐘周期的第4到11個節拍送入SA0L，第6到10個節拍送入SA0H，第10個節拍送入SA0K;在下一個脈沖周期的第0到15個節拍送出上一個地址對應的數據。

在國產化固存內部邏輯實現時的流程如下：固存程序里燒寫程序數據，當第一個觸發脈沖信號到來之后，CPLD內部計數器開始計數，計到脈沖周期的第15個下降沿之后，開始并串轉換。由于SA0L、SA0H、SA0K信號轉換在脈沖周期的4～11個完成轉換，因此可以在第12個脈沖的上升沿到來時將CE#、WE#、OE#置位，LA地址信息送出，此時FALSH將地址對應的數據送到總線上，在第13個脈沖上升沿到來時將SD0L并行數據送入CPLD，準備在第0～15個脈沖周期的下降沿，將SD0L、SD0H數據并串轉換送出。

3.2.4? CPLD內部功能模塊

（1）脈沖信號產生部分

當脈沖信號下降沿到來時，經延時一個時鐘節拍，依此類推，可產生ST0～ST15的脈沖信號

（2）計數器模塊

每個時鐘周期的下降沿到來時，判斷脈沖信號，當脈沖信號為1時，將計數值置為8;之后，每個時鐘脈沖的下降沿將計數值到來時，計數值加1，直到計數值為15后，重0開始繼續加1計數。此功能模塊送出計數值及FLASH置位信號。

（3）地址串轉并模塊

在時鐘周期的上升沿到來時，判斷ST0～ST15脈沖節拍的電平。當ST4節拍有效時，將輸入的串行數據存入模塊內部寄存器的第0位;當ST5節拍有效時，將輸入的串行數據存入模塊內部寄存器的第1位，依次類推，完成8位地址的串并轉換。

（4）數據并轉串模塊

在rst信號低電平時，進行復位操作，q輸出0;rst為高時，當start信號的上升沿到來時，開始將并口的數據逐位輸出，每個時鐘輸出一位。先低位后高位的輸出方向，完成程序數據的轉換。

3.2.5? FLASH芯片控制信號配置

當SA0L、SA0H、SA0K信號轉換在脈沖周期的4～11個完成轉換后，在第12個脈沖的上升沿到來時將CE#、WE#、OE#置位，LA地址信息送出，此時FALSH將地址對應的數據送到總線上，在第13個脈沖上升沿到來時將SD0L并行數據送入CPLD，準備在第0～15個脈沖周期的下降沿，將SD0L、SD0H數據并串轉換送出。

3.3 產品結構設計

原有固存部件結構部分包括：固存機殼和固存板模塊兩部分。使用時，將固存部件插入托架對應位置，上電后即可進行測試。

國產化固存部件殼體內部采用一個固存模塊來替換原固存的轉換板和存儲板，不用改動固存部件的結構即可實現部件的原位替代。

3.4 試驗驗證

在對國產化固存部件驗證時，制作專用固存部件測試設備，模擬固存模塊接口信號時序，采集輸出的數據程序文件，與原有程序文件進行比較，結果無誤后將國產化部件裝入計算機系統驗證。后又在部隊地面試驗臺裝機驗證，工作正常。

4 結論

通過國產化工作實踐，能夠降低備件采購成本，減少設備維修費用，確保進口設備備件的及時供應，提升了裝備技術水平，和市場競爭力，取得了良好的經濟效益。

國產化固存部件采用原位替換的方式，研制產品與原系統設備完全兼容。通過前期工作確認，原有器件內部的程序均已成功讀出，因此國產化設計滿足技術可行性要求。

參考文獻

[1]董愛青.淺析如何實現進口設備備件國產化[J].內燃機與配件，2018（21）.

[2]李棟，馮婷.引進俄制直升機航空電子系統國產化思考與建議[J].航空電子技術，2017（48）.

[3]ispLSI1032EA In-System Programmable High Density PLD datasheet [EB/OL].[2000-6].? https：//html.alldatasheetcn.com/html-pdf/70158/LATTICE/ISPLSI1032EA-200LT100/260/1/ISPLSI1032EA-200LT100.html

[4]郭明天.以低成本戰略為導向推進進口備件國產化[J].設備管理與維修，2014（S2）.

作者簡介

齊寒波，（1979.6-），女，陜西西安，漢，碩士，工程師，電子信息。