[发明专利]一种基于SpaceWire接口的光纤陀螺实时数据采集卡

说明书

技术领域

本发明属于航天通信技术领域，具体涉及一种基于SpaceWire接口的光纤陀螺实时数据采集卡。

背景技术

光纤陀螺作为一种惯性导航的光纤传感器，在现代航天、航空、航海和国防工业中得到了广泛的使用。

SpaceWire是由欧空局在2008提出的一种全新的高速(2Mb/s～400Mb/s)、点对点、全双工串行总线技术，具有很好的电磁兼容特性，同时加强了在线错误检测与恢复、故障处理和保护以及时间广播等方面的功能。SpaceWire作为新一代航天通信总线标准，已经成功在各大航天项目中应用。

常用的光纤陀螺采用标准的RS422接口，无法直接接入到SpaceWire网络中使用。

发明内容

本发明的目的是：克服采用RS422接口的光纤陀螺无法直接应用到SpaceWire航天总线网络的不足，提出了一种基于SpaceWire接口的光纤陀螺实时数据采集卡。

该数据采集卡一端连接具有RS422接口的光纤陀螺，另一端通过SpaceWire接口连接SpaceWire设备；采用SpaceWire应用层协议——远程存储访问协议(RMAP)来实现SpaceWire网络中的SpaceWire设备对光纤陀螺数据的采集，数据采集卡不间断实时采集光纤陀螺的数据，等待SpaceWire设备读取。

所述的数据采集卡包括FPGA(Field Programmable Gate Array)和外围电路；

外围电路包括：MAX3491芯片，电源转换芯片组，配置PROM和外部时钟；

MAX3491芯片同时连接光纤陀螺和FPGA；将光纤陀螺的RS422电平信号转换成TTL电平信号输送给FPGA。

电源转换芯片组包括芯片TPS79333、芯片TPS79318和芯片LP503，为数据采集卡供电。

外部时钟采用了20MHz的晶振，产生时钟信号输送给FPGA。

配置PROM采用XCF32PFS48芯片，存放FPGA的配置信息。

FPGA内部包含4个模块：数据采集模块，串并数据转换模块，存储模块和SpaceWire目标节点模块。

数据采集模块采集TTL电平信号，通过数字时钟管理单元DCM(Digital Clock Managers)来实现对外部时钟的变频，数据采集模块通过光纤陀螺的采集频率对光纤陀螺的串行数据进行不间断采集，并依次输送给串并数据转换模块。

串并数据转换模块的功能为将串行的光纤陀螺数据转换为并行的光纤陀螺数据包。串并数据转换模块将串行的二进制数据进行分段，将每一段打成一个光纤陀螺数据包。当光纤陀螺数据包完成后，串并数据转换模块将存储模块写使能信号“WR_EN”置“1”，同时将该段光纤陀螺数据包存放至存储模块，开始采集下一段光纤陀螺数据。

存储模块采用FPGA内部生成的异步双端口RAM，当写使能信号“WR_EN”置“1”时，光纤陀螺数据包会通过“写数据”通道进入异步双端口RAM中，当前地址数据写满后，地址会自动加1，直到将光纤陀螺数据包全部写入至异步双端口RAM，存储模块继续等待下一个光纤陀螺数据包，当下一段完整的光纤陀螺数据包写入后，覆盖掉之前的光纤陀螺数据包。

当某个SpaceWire设备需要当前的光纤陀螺数据时，给SpaceWire目标节点模块发送RMAP读命令包，经过SpaceWire目标节点模块解析后，将存储模块读使能信号“RD_EN”置“1”，SpaceWire目标节点模块访问存储模块，读取存储模块中的光纤陀螺数据包，通过“读数据”通道将光纤陀螺数据包传输给SpaceWire目标节点模块。采集完光纤陀螺数据包后，SpaceWire目标节点模块生成RMAP读应答包发送回该SpaceWire设备。

一种基于SpaceWire接口的光纤陀螺实时数据采集卡的数据采集方法具体为：

步骤一、光纤陀螺通过RS422接口发送RS422电平信号至MAX3491芯片；

RS422电平信号是基于RS422接口电平标准的串行光纤陀螺数据信号；

步骤二、MAX3491芯片将RS422电平信号转换为基于TTL电平标准的串行光纤陀螺数据信号，并发送至FPGA；

步骤三、FPGA内的数据采集模块采集串行光纤陀螺数据信号，并发送给串并数据转换模块；

步骤四、串并数据转换模块将采集到的串行光纤陀螺数据转换为并行的光纤陀螺数据包，并发送至存储模块中；