严重挤压。当时我国所面对防空压力主要来自于前苏联高性能空军作战部队，该部队通过调派和不断对我国北方进行侦查等活动，我国空军部队也因此类空中压制而感到压力日益倍增。为了改变空军被动现状，我国致力于通过对歼Ⅱ型战机进行技术升级，以达到能对抗前苏联水平。我国借助中西方已恢复友好建交并在军事上有良好合作大环境，与美国在年签订合作协议，并同美国军火巨头签定名为”“战机改良项目。该合作项目主要为对我军部分歼战机进行如火控系统和雷达系统等电子设备更新升级，并通过美军先进标准总线技术来构建航电设备网络，以此来提高了数据整合能力。该合作大大提高了歼整体作战性能，并使之具备了与前苏联战机抗衡能力。此次合作计划中，对歼所做最大改进就是引入了总线通信技术。该技术总线具有较高设计灵活性和通信效率，此外还采用了多冗余设计,万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文目录摘要目录第章绪论课题研究背景和意义航电系统总线国内外发展概况国外发展概况国内发展概况总线发展历史嵌入式系统发展历史本文主要研究内容第二章与总线概述总线简介总线基本信息总线可靠性分析总线简介总线参数总线可靠性分析本章小结第三章总线转换设备设计方案分析设计整体设计分析节点设计分析端点设计分析控制平台设计分析器件选择节点器件选择端器件选择传输方案设计本章小结第四章总线转换设备硬件设计整体硬件设计最小系统电路设计万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文嵌入式核心电路电源电路晶振电路下载电路端通信电路设计隔离模块设计收发模块设计内部模块设计曼侧斯特编解码模块设计命令解析模块设计收发数据缓冲模块设计外部电路设计工作电路设计收发电路模块设计整体设计本章小结第五章软件系统设计与实现嵌入式概念引导加载程序概述启动方式移植内核移植内核启动方式内核配置文件系统挂载文件系统选型配置总线接口设备驱动开发端驱动设计端驱动设计转换设备应用程序设计本章小结第六章转换设备测试模块测试万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文供电系统模块测试核心电路模块测试通信模块测试模块测试整体运行测试本章小结第七章总结与展望总结展望致谢参考文献附录万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文第章绪论课题研究背景和意义世纪是科学信息技术爆炸式发展时代，在计算机技术通信技术互联网技术和自动化技术发展带动下，数据交互技术正向更广更深应用领域发展。在信息技术影响下，传统自动化系统正逐渐走上整体变革道路，并转变为以网络集成自动化系统为基础工业信息系统。在此科技发展形势环境熏陶下，现场总线技术应运而生，并迅速在工业自动化领域得到广泛应用，成为该领域核心技术，其作用等同于计算机系统局域网。该技术出现并走向成熟，标志着自动化领域又个新时代开始，并对该领域发展产生重要影响。工业设备通信和工业总线控制通常涉及到很多硬件和软件产品，以及用于连通嵌入式设备控制平台和工业自动化应用设备协议，而目前工业控制领域所使用现场总线种类繁多且接口各异，但各有优点，如和等。就目前总线技术在工业中发展来看，单总线应用在数据通信和现场控制方面已经不能完全满足发展需要，因此双总线接口，甚至多总线接口在系统中应用将成为今后发展趋势。而对于现今航电总线控制系统也面临着类似问题。在航电系统中，通常使用作为数据信号传输总线，该总线性能虽好，但造价昂贵结构复杂，通用性差，大大限制了总线中被控设备功能扩展。根据上述多接口总线发展趋势，若是在航电系统总线基础上结合使用高性能工业总线，将会在定程度上解决航电总线功能扩展性差问题。总线和总线都是目前应用非常广泛数据传输总线。其均为低层传输总线，遵守物理层数据传输协议规范，且具有各自优势和特点。总线主要应用于军事航天和航空领域，而总线则更多应用于工业现场数据信号传输。尽管和两者应用场合和主攻领域不同，但由于两者在传输速率可靠性和实时性方面均有相似高性能表现，自然使其成为了目前总线应用研究热点。总线自其诞生以来，由于其优良实时性突出可靠性，使其直活跃在航空电子总线数据传输与应用控制线，其产品多用于飞机内部和军工现场。虽然总线系统性能优异，但不可否认是，搭建套完整系统造价昂贵，专用协议芯片收发器芯片和变压器等元器件价格动则成千上万，而且专用性极强，通用性较差，在功能扩展方面有很大局限性。出于接口实用方便易扩展性考虑，结合工业总线高可靠性和技术成熟等特点，将航电系统部分终端设备开发成以或作为航电通信接口已逐渐成为可能。而事实上，该类接口设备在工业和航电应用上已有存在，所以从降低成本并提高航电总线通用性和扩展性角度出发，开发出套转工业现场总线总线转换设备将显得十分必要，万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文由于目前对设备研究已非常多，所以本课题将结合具有同样优异性能总线，研制套总线转换设备。航电系统总线国内外发展概况总线作为美军航空电子综合系统标准总线，自其被制定提出以来就直被用作航空电子设备间信息数据交互工具，其功能与局域网相似。该总线利用自身优异性能，广泛应用于航空航海航天和些其他军工国防等相关系统设备中。我国于世纪年代末开始对该总线标准展开学习和研究，并于年制定了国军标总线标准，并将该总线技术应用于国产战机中。国外发展概况世纪年代前后，世界各国在电子信息领域发展仍处于相对落后水平，而与该领域密切相关航空和通信领域也均处于模拟系统时期，尤其是航空电子方面，其内部信号传输仍处于由和三者组成简单传输阶段。而与其同时代空军战斗机力量却有了质提升，这种提升主要来自于新型火控系统研制与加入，增加了战斗机中远程精确打击能力。随着整体作战水平提升，战机在作战过程能否占据优势越发依赖于现场作战信息收集与获取。但是由于当时通信水平比较落后，统标准观念仍不强，使得各设备接口间都存在这大大小小差异。这种接口差异除了增加了研发和维护难度外，还对信息互联整合带来极大阻碍，严重影响了战机整体作战性能。随着数字技术普及，该技术便逐渐运用于航电系统通信过程中，但仍以模拟系统为主航电设备对数字信息接收仍存在很大难度，必须通过数模转换后才能完成之间信息交互。经过不断发展与提高，原有航电系统模拟电子设备逐渐被数字设备取代，航电领域也开始跨入了全数字阶段。但由于设备间没有统通信传输规范，对于庞大系统来说，该过程显得特别凌乱，其通信安全性也得不到保障。此外不同航电设备需要不同硬件接口来与之应对，所以其通用性也很差。在这种混乱通信背景下，通信总线技术首次被提了出来。年总线标准首次由美军提出，同时应用于上此后在年和年分别推出两代升级版总线标准和紧接着，美军又在年推出标准由于受限要求过多，对于开发带来诸多不便，于是在年再次推出优化版。尽管各版本标准在时期都有大量专项应用，但在航电总线应用上至今仍以标准为主。简单地说，使用所构建系统可看作是套由多个航电设备构成局域网系统，该系统与计算机通信网络十分类似，其中就是该网络系统实现通信标准协议，是现代航电系统设计核心，所有设备通信设计必须参考该协议标准进行。随着技术水平进步提高，飞机雷达系统火控系统传感导航显示系统万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文外挂管理系统在总线标准及系统设计影响下得到极大程度整合，并以此逐渐形成分布式集控总线传输理念，此类控制系统仍直沿用至今。国内发展概况我国空军力量装配和战斗机技术研制均起源于前苏联，在很长段时间里，我国战斗机研制都受前苏联影响，在战机风格和技术水平上仍保有其痕迹，处于相对落后状态。西方国家从三代战机开始，就已经将模块系统设计总线系统设计外挂管理系统设计雷达火控系统设计集合入航电航空应用中。而同时代前苏联战机航电水平较西方仍处于比较落后阶段，究其原因，主要是其工业制造和电子水平比较落后，尤其是在大规模集成电路技术方面，而该部分技术落后直接在航电系统上拉开差距。于是前苏联工程师则试图通过对整体作战系统整合，来抵消由元器件和仪表落后带来整体差距，该方法确在定程度上解决了时之需，但是系统落后根源问题还是没有解决，从种角度来说我国战斗机也同样存在控制系统维护升级困难问题。上世纪年代初，我国装备歼Ⅱ型战机并作为空军主战机型，但该机型所装配机载电子设备远落后于同时代国际平均水平，从而也大幅拉低了歼Ⅱ整体性能和作战实力，其生存空间受到严重挤压。当时我国所面对防空压力主要来自于前苏联高性能空军作战部队，该部队通过调派和不断对我国北方进行侦查等活动，我国空军部队也因此类空中压制而感到压力日益倍增。为了改变空军被动现状，我国致力于通过对歼Ⅱ型战机进行技术升级，以达到能对抗前苏联水平。我国借助中西方已恢复友好建交并在军事上有良好合作大环境，与美国在年签订合作协议，并同美国军火巨头签定名为”“战机改良项目。该合作项目主要为对我军部分歼战机进行如火控系统和雷达系统等电子设备更新升级，并通过美军先进标准总线技术来构建航电设备网络，以此来提高了数据整合能力。该合作大大提高了歼整体作战性能，并使之具备了与前苏联战机抗衡能力。此次合作计划中，对歼所做最大改进就是引入了总线通信技术。该技术总线具有较高设计灵活性和通信效率，此外还采用了多冗余设计功能模块而言，其主要完成总线间数据转化传递，并完成叫少量逻辑数据处理，而是款资源丰富功能强大控制器，这势必会对造成极大资源浪费和增加了经费负担。就功能实现而言，完全可以通过个主频较高单片机实现，但结合转换设备节点还要实现功能，即还要完成功能调度，使其必须通过嵌入式系统来完成。但即便如此，本课题也可以考虑使用功能更紧凑，开销更低如搭载平台来实现，期望在以后研究中能在此方面得以实现。此外，在本次嵌入式总线转换设备设计中，节点只完成了端功能，而总线节点还包括和，期望在后续研究中，将三类节点功能完全结合到设计中，并通过外部电路位拨码开关或其他方式进行功能配置选择，实现针对不同节点完成各自功能。万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文致谢光阴似箭，岁月如梭，转眼间，三年硕士研究生生涯马上就要结束了。在这三年当中，我学到了很多，成长了很多。在此特别感谢在这三年中对我帮助鼓励支持我人。感谢我导师丁强高级工程师，当我年刚入学时候，还是个对专业不是很了解学生，对三年学习也没有很好规划。是丁老师不断和我进行沟通和开导，帮我打开思路，制定了个很好学习生涯规划，让我有计划有目标有步骤去执行。并在三年内项目训练中对我细心指导，使我在业务方面得到很大提升。此外，丁老师追求效率，追求完美办事风格也无不时刻影响着我。从丁老师身上不仅学会了专业业务，更重要是学会了做事做人，谢谢丁老师。感谢姜周曙教授，姜老师是能量所所长，是您将我带入了实验室，让我得到了很专业很全面训练，从课题项目日常作息生活习惯方面时刻督促我们要做更好，也正是姜老师使我在这三年中改掉了很多不好习惯，让我成为个更注重细节人，谢谢姜老师。感谢黄国辉高级工程师王剑副教授江爱朋副教授景老师祝老师和小谢老师，在读研期间给予我在硬件软件论文和生活方面无微不至帮助，谢谢你们。感谢实验室与我起学习生活同学师弟师妹们，能和你