一种并行工作的双数据卡加卸载器的制作方法

1.本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种并行工作的双数据卡加卸载器。


背景技术：

2.飞机数据管理记录系统中通常会根据地勤与空勤的不同需求，设计有数据传输卡与维护数据卡两张卡，数据卡中记录的信息必须由其辅助设备转送到地面站进行处理，地面如何快速准确地卸载并处理机载数据卡中的数据，直接关系到能够及时有效地发现故障，缩短飞机再次出动时间，保证飞行安全，提高战斗力的问题。
3.数据加卸载器作为军用飞机普遍配置的保障设备，在地勤维护、飞行事故预防和调查分析以及飞行质量评估等方面起着重要作用，随着飞行数据量的加大以及对数据使用要求的提高，对相应的保障设备的性能也提出了更高的要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种并行工作的双数据卡加卸载器，利用集成化设计方式实现数据卡加卸载器小型化、模块化，通过嵌入式多核处理器和实时操作系统的配合，实现对数据传输卡及维护数据卡的并行读取和写入操作，有效提高使用效率，实现数据的高速转录。
5.为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
6.一种并行工作的双数据卡加卸载器，包括：
7.电源管理模块，用于电压转换为所述加卸载器提供电源；
8.双数据卡读写管理模块，用于并行读出或写入数据管理记录系统的数据传输卡与维护数据卡的存储数据；
9.接口保护模块，用于数据传输卡与维护数据卡的热插拔保护；
10.usb转换模块，用于实现所述双数据卡读写管理模块与上位机的数据通信；
11.状态监测模块，用于监测所述加卸载器、与双数据卡读写管理模块通信的数据传输卡以及与双数据卡读写管理模块通信的维护数据卡的工作状态；
12.对外连接器，为加卸载器与数据传输卡、维护数据卡以及上位机的物理接口；
13.其中：双数据卡读写管理模块基于两个x4的rapidio总线分别与传输卡和维护数据卡通信。
14.进一步的，所述电源管理模块外接ac220v，设置有ac/dc转换器、dc/dc电源芯片以及电源控制模块；
15.所述ac/dc转换器用于将外接的ac220v一次转换为 12v；
16.所述dc/dc电源芯片将一次转换后的 12v转换为所述加卸载器中各模块的需求电压；
17.所述电源控制模块用于管理各所述需求电压；
18.所述ac/dc转换器设置有过温保护、过压保护以及过流保护功能。
19.进一步的，双数据卡读写管理模块基于soc的多核和嵌入式实时操作系统的多任务操作实现所述数据传输卡及维护数据卡的并行操作；
20.所述双数据卡读写管理模块设置有fpga，所述fpga基于ddr ip控制器与两片ddr3芯片连接；两片ddr3芯片形成读取/写入数据传输卡与维护数据卡的读出数据的缓存空间；
21.所述ddr3芯片的容量为1gbit x16，最大读写速度大于或等于800mb/s。
22.进一步的，接口保护模块基于fpga的电源使能功能控制所述加卸载器对数据传输卡和维护数据卡供电接口，在数据传输卡和维护数据卡插入时，在保证数据卡到位后，再接通电源，在数据卡拔出时，先断开电源，再拔出数据卡。
23.进一步的，所述对外连接器与fpga之间基于交换芯片通信；fpga控制交换芯片的使能信号使交换芯片与对外连接器之间的接口为高阻态，实现所述数据传输卡与维护数据卡的热插拔保护。
24.进一步的，所述接口保护模块为ac耦合电容，所述ac耦合电容串接在对外连接器的卡槽端的rapidio信号的收发端。
25.进一步的，所述接口保护模块为esd静电保护器件。
26.进一步的，对外连接器与上位机之间基于usb接口通信；usb接口采用usb转换器与fpga通信，设置有静电保护电路；
27.进一步的，状态监测模块用于在fpga上电工作后周期采集fpga的外设的工作状态信息，将所述工作状态信息打包后发送至usb转换模块；
28.所述工作状态信息包括：ddr3工作状态、usb控制工作状态及工作电压、led状态、数据传输卡在位状态以及维护数据卡的在位状态。
29.进一步的，所述对外连接器的卡槽上设置有金属长短针，用于实现插卡时信号先接电源后接，以及在拔卡时电源先断开信号后断开。
30.采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：
31.加卸载器实现了两张数据卡并行读写的功能，提高了数据传输的效率，缩短了地面维护时间；通过接口保护功能和连接器长短针设计，利用多种措施实现了两张数据卡的热插拔功能；利用内部优化设计，解决了usb多连接器转接及线长导致的信号不稳定问题。通过上述相关措施，提高了产品的可靠性、通用性和可维护性，提高了数据转换效率。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
33.图1为本发明具体实施方式中并行工作的双数据卡加卸载器的模块架构图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
35.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实
施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
37.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
38.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
39.在本发明的一个实施例中，提供一种并行工作的双数据卡加卸载器，如图1所示，包括：
40.电源管理模块，用于电压转换为加卸载器提供电源；
41.双数据卡读写管理模块，用于并行读出或写入数据管理记录系统的数据传输卡与维护数据卡的存储数据；
42.接口保护模块，用于数据传输卡与维护数据卡的热插拔保护；
43.usb转换模块，用于实现双数据卡读写管理模块与上位机的数据通信；
44.状态监测模块，用于监测加卸载器、与双数据卡读写管理模块通信的数据传输卡以及与双数据卡读写管理模块通信的维护数据卡的工作状态；
45.对外连接器，为加卸载器与数据传输卡、维护数据卡以及上位机的物理接口；
46.其中：双数据卡读写管理模块基于两个x4的rapidio总线分别与传输卡和维护数据卡通信。
47.在本实施例中，电源管理模块外接ac220v，设置有ac/dc转换器、dc/dc电源芯片以及电源控制模块；
48.ac/dc转换器用于将外接的ac220v一次转换为 12v；
49.dc/dc电源芯片将一次转换后的 12v转换为加卸载器中各模块的需求电压；
50.电源控制模块用于管理各需求电压；
51.ac/dc转换器设置有过温保护、过压保护以及过流保护功能。
52.在本实施例中，双数据卡读写管理模块基于soc的多核和嵌入式实时操作系统的多任务操作实现数据传输卡及维护数据卡的并行操作；
53.双数据卡读写管理模块设置有fpga，fpga基于ddr ip控制器与两片ddr3芯片连接；两片ddr3芯片形成读取/写入数据传输卡与维护数据卡的读出数据的缓存空间；
54.ddr3芯片的容量为1gbit x16，最大读写速度大于或等于800mb/s。
55.在本实施例中，接口保护模块基于fpga的电源使能功能控制加卸载器对数据传输卡和维护数据卡供电接口，在数据传输卡和维护数据卡插入时，在保证数据卡到位后，再接通电源，在数据卡拔出时，先断开电源，再拔出数据卡。
56.在本实施例中，对外连接器与fpga之间基于交换芯片通信；fpga控制交换芯片的使能信号使交换芯片与对外连接器之间的接口为高阻态，实现数据传输卡与维护数据卡的热插拔保护。
57.在本实施例中，接口保护模块为ac耦合电容，ac耦合电容串接在对外连接器的卡槽端的rapidio信号的收发端。
58.在本实施例中，接口保护模块为esd静电保护器件。
59.在本实施例中，对外连接器与上位机之间基于usb接口通信；usb接口采用usb转换器与fpga通信，设置有静电保护电路；
60.在本实施例中，状态监测模块用于在fpga上电工作后周期采集fpga的外设的工作状态信息，将工作状态信息打包后发送至usb转换模块；
61.工作状态信息包括：ddr3工作状态、usb控制工作状态及工作电压、led状态、数据传输卡在位状态以及维护数据卡的在位状态。
62.在本实施例中，对外连接器的卡槽上设置有金属长短针，用于实现插卡时信号先接电源后接，以及在拔卡时电源先断开信号后断开。
63.本实施例的并行工作的双数据卡加卸载器主要包括电源管理模块、数据卡读写管理模块、接口保护模块、usb转换模块、状态监测模块以及对外连接器。
64.以下作出进一步解释说明
65.1、电源管理模块
66.外部供电为ac220v供电，因此内部使用ac/dc电源模块进行电源的一次转换，将ac220v转换为 12v，再通过dc/dc电源芯片实现 12v到 5v电源的二次转换，同时对 5v电源进行使能控制，给加卸载器内部各功能模块进行供电，选用的电源模块具有过温保护、过压保护、过流保护功能。
67.2、数据卡读写管理模块
68.通过两路x4的rapidio总线分别与两张数据卡通讯，实现数据传输卡与维护数据卡的读取和写入操作。通过soc的多核和嵌入式实时操作系统的多任务操作实现数据传输卡及维护数据卡的并行操作。
69.为保证大数据量数据读取正常，采用2片ddr3的设计电路设计方式，fpga通过ddr ip控制器与ddr3芯片连接，外扩内存增加了读取/写入数据卡的缓存空间。容量方面选用容量为1gbit x16位的存储芯片，最大读写速度可达到800mb/s以上。
70.3、接口保护模块
71.为了实现热插拔功能，设计了多重电路保护措施。
72.一是通过fpga的电源使能模块控制两张数据卡连接器上供电接口实现热插拔。在数据卡插入时，在保证数据卡到位后，再接通电源；在数据卡拔出时，先断开电源，再拔出数据卡，从而实现数据卡信号接口的保护。
73.二是通过在fpga的gtx(rapidio)接口与数据卡槽连接器之间增加rapidio交换芯
片的方式保障热插拔模块的实现。每个数据卡设计1片交换芯片，通过fpga控制交换芯片的使能信号可使其卡槽端的rapidio接口为高阻态，保护接口。在无数据加卸载操作时，将卡槽端的rapidio接口设置为高阻态；在进行数据加卸载操作时，将卡槽端的rapidio接口设置为正常通信状态。当卡槽端的rapidio接口为高阻态时可随时对数据卡进行热插拔操作。
74.三是为了在数据卡多次带电热插拔过程中进一步保护加卸载器的rapidio接口，改版后核心板数据卡槽端的rapidio信号的收发端均串接ac耦合电容设计。
75.四是卡槽端rapidio信号的发送端和接收端的每对差分线上都并联esd静电保护器件。使用esd静电保护器件的可满足接触放电为
±
8kv，空气放电为
±
15kv的试验要求。esd器件地与加卸载器内部数字地连接。
76.4、usb转换模块
77.usb接口设计采用usb控制器与fpga进行连接，usb对外接口设计静电保护电路，保证设备的安全可靠。
78.为了解决usb3.0接口因驱动能力不足导致在使用长度大于一定距离的usb3.0电缆时在某些计算机出现usb数据传输不稳定、掉线等问题。usb3.0信号通过焊接在核心板上的usb3.0母座直接引出至加卸载器后面板，解决信号通过连接器从核心板到背板，再通过背板连接器使用线缆引出至后面板的多次连接器转接产生信号阻抗匹配等影响信号完整性，进而出现通信不可靠的问题。
79.5、状态监测模块
80.具备状态监控功能，fpga上电工作后周期采集外设的工作状态信息，如ddr3工作状态、usb控制工作状态及工作电压、led状态、盘在位状态、舱门打开关闭状态等等，然后将采集到信息后打包发送到usb控制器再通过usb接口报送到上位机。
81.6、对外连接器
82.与数据卡交互的卡槽连接器上安装金属长短针，长针作为通讯信号载体，短针作为电源传输载体，可以实现插卡时，信号先接，电源后接；在拔卡时，电源先断开，信号后断开，进一步实现热插拔保护功能。并将数据卡与加卸载器内部数字地连接，实现数据卡与加卸载器的“共地”设计。
83.与上位机交互的接口采用标准usb3.0，满足卸载速度不低于200mb/s的要求。
84.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。