[发明专利]机载电子设备I/O端口扩展系统

说明书

本发明公开的一种机载电子设备I/O端口扩展系统，旨在给出一种能够最大化利用处理器外部接口资源，在不使用可编程逻辑器件前提下，保证系统具备IO扩展功能的方案。本发明通过下述技术方案予以实现：处理器通过集成电路总线IIC连接IO扩展器。将系统需要扩展的IO接口连接至IO扩展器的端口端，向IO扩展器发送读写控制命令，实现对多路IO扩展器端口的输出和读取，确定总线收发器两端对应端口的数据传输方向，使IO扩展器与总线收发器中的信号数据流向相匹配，通过总线收发器与外部机载电子设备进行交互，从而实现内部离散量信号输出和外部离散量信号的采集，从而完成系统的离散量采集、离散信号输出等功能，实现系统IO扩展功能。

技术领域

本发明涉及一种适用于机载领域的基于处理器的输入输出(IO)端口扩展技术。

背景技术

随着用户对机载平台电子系统或电子整机的高度综合化要求不断提升，航空电子系统体系结构的发展经历了分立式体系、联合式体系、综合模块化(IMA)航空电子体系等阶段，机载航电系统正朝小型化、轻型化、低功耗、高可靠性、高安全性方向发展。系统的功能也日趋复杂，系统中设备间的离散量通信也向着复杂化的方向发展。设备中处理器有限的接口资源已难以满足复杂系统设备间离散量管理、交互的需求。比如关于用来扩展单片机IO口的移位寄存器，但是移位寄存器扩展出来的单片机IO口只能用作一些低速设备的驱动扩展，如按键，LED等，无法去驱动一些高速的设备，因为串行数据转并行数据都是通过循环一位一位地移出来的，因此速度都是有限的。航电系统中，离散量信号是电子设备之间常用的传输信号。主控设备通过对离散信号的采集，实现状态获取，并通过离散量输出，完成对其他电子设备的控制。控制应用中的复杂接口速度差异大、设备种类繁多、IO口数量固定，数据信号形式多种，单片机本身接口功能有限。每个连接到I/O总线上的设备都有自己的I/O地址集，即所谓的I/O端口，大多数应用中是不够的，此外，系统可能由于存在各种干扰及不稳定因素而出现故障，因此，应用系统设计都不可避免的需要对输入输出(I/O)口进行扩展。在实际的应用系统中，可能需要同时扩展多个I/O口，以满足应用系统的需要。扩展I/O接口必然要解决I/O接口的端口(寄存器)的编址和选址问题。每个通用接口部件都包含一组寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口。扩展I/O接口电路的功能例如速度协调、输出数据锁存、输入数据三态缓冲、数据转换。数据总线连接着多个数据输入设备和多个数据输出。但是在任一时刻，只能进行一个源和负载的数据传送，其它不参与的设备在电性能上必须同数据总线隔开，这就需要解决数据总线的隔离问题。对于输出设备的接口电路要提供锁存器，当允许接收输出数据时闩锁打开，当不允许接收输出数据时闩锁关闭。除了CPU、存储器外，还必须有外部输入输出设备，计算机通过输入输出设备和外界进行通信，计算机所用的数据以及现场采集的各种信息都要通过输入设备送到计算机；而计算结果和计算机产生的各种控制信号又需通过输出设备输出到外部设备。当CPU和外设之间没有控制联络，虽然传送比较简单，但可靠性差。而专用的IO扩展芯片，其大致功能和移位寄存器相似，但是细节上还是存在很多不同，例如PCF8574的IO口能同时支持输入输出功能，这些细致的功能用起来更加顺手，方便，但是跟其昂贵的售价比起来，这些功能显然性价比太低。在做单片机选型的时候，往往会发现这样一个规律，同一个core的单片机选型时，单片机的引脚越多，其单价就越贵。IO口不够用的情况经常出现，除了选用引脚更多的芯片之外，通常是是考虑使用芯片来扩展。虽然处理器有多个GPI0，在满足最小系统和主功能的情况下，处理器剩下的GPIO并不多，再去除用于中断信号的GPI0，留给其他外围接口电路的GPIO数量非常少，满足不了外围接口电路的需求。

发明内容

本发明的目的是针对目前处理器存在的IO端口短缺情况，提供一种电路结构和逻辑简单，成本低，可实施的IO端口扩展系统方案。基于处理器的IO扩展技术，在电路中不增加其他高性能复杂器件的前提下，实现IO端口资源扩展，解决处理器对外交互时IO端口资源不够的问题，并保持航电系统原本的高集成度及低功耗的特性。