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2017年ieee会议论文格式

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论文正文字数一般应在3000字以上。

论文正文：包括前言、本论、结论三个部分。

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本论是论文的主体，包括研究内容与方法、实验材料、实验结果与分析(讨论)等。在本部分要运用各方面的研究方法和实验结果，分析问题，论证观点，尽量反映出自己的科研能力和学术水平。

结论是论文的收尾部分，是围绕本论所作的结束语。其基本的要点就是总结全文，加深题意。

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基于IEEE―1394总线的高速数据采集系统设计

呼明亮，车炯晖，赵君，任晓琨

(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065)

摘要：为了实现数据采集系统实时性、通用化、小型化设计，该文提出了一种基于IEEE-1394总线的高速数据采集系统设计和实现方案。硬件架构上，系统采用IEEE-1394总线专用芯片，实现了数据高速率、高可靠性传输;采用FPGA+DSP的数据处理架构，将数据采集与算法处理分开独立运行;采用FPGA静态局部重构技术，实现了不同子系统的功能配置;采用开关动态切换技术， 实现了信号采集的灵活配置和小型化设计。软件架构上，系统采用模块化设计思路，实现了不同工作模式之间的切换。实验表明该系统具备很强的数据采集与解算能力。

关键词：数据采集;IEEE-1394;静态局部重构;模式配置

中图分类号：TP336 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2014)19-4450-04

Design of a High-speed Data Collecting System Based on IEEE-1394 Bus

HU Ming-liang， CHE Jiong-hui， ZHAO Jun， REN Xiao-kun

(Xi'an Aeronautics Computing Technique Research Institute，AVIC，Xi'an 710065， China)

Abstract： In order to achieve the design of data collecting system in real-time， universal and miniaturization， this paper introduces a design and implementation of a high-speed data collecting system based on IEEE-1394 Bus. In the hardware architecture， the IEEE-1394 Bus dedicated chips are used to achieve the high-speed data acquisition and reliability transmission. By using FPGA+DSP data processing architecture， the data acquisition and processing algorithms run separately. By using the static partial reconfiguration technology， different subsystem achieves specific functional configuration. By using switch technology， the circuits of analog signals implement flexible configuration and come in pattern design. In the software architecture， a modular design concept is used to the system design， and switching between different operating modes is realized. The system has the strong advantage of data collection and solver capabilities as illustrated in the experiment.

Key words： date collection; IEEE-1394; dynamic partial reconfiguration; configuration

飞机机电管理数据采集系统目前正朝着集中解算，分布式采集和控制的方向快速发展，为了更真实、准确地反映被测对象的特性，许多测试项目转向动态参数测试。这对测试系统的实时性、可靠性、数据传输速率等指标提出了更高要求。传统串行总线数据传输速率较低、灵活性较差，无法满足数据采集动态测试要求。IEEE-1394(Fire Wire)因其高数据传输速率、高可靠性、配置灵活、易于扩展等优势，为高速数据采集系统及其子系统间的互连提供了快速方便的解决方法。IEEE-1394标准中规定的协议较为复杂，实际应用中多采用专用总线接口芯片。数据采集系统的控制芯片常用单片机或DSP(数字信号处理器)实现，但其工作时钟频率受限，难以适应高速数据采集系统的实时性要求。FPGA(现场可编程门阵列)可以构建高度并行的架构，具有很高的吞吐量和原始数据处理能力，但实现复杂算法较为困难，而FPGA+DSP方案，弥补了系统设计的不足：系统数据采集的控制、缓存及外围设备通讯，用FPGA硬件实现，而复杂算法处理由DSP独立完成。

基于上述理论，该文设计了一套以DSP为主控制器，FPGA为协处理器搭建外围接口电路，通过1394B总线接口与机电管理系统信息中心进行信息交互的数据采集系统。系统利用静态局部重构技术，提高了数据采集系统的通用性;利用开关动态切换技术实现了模拟信号采集电路的小低轻构型，系统具备很强的数据采集与解算能力，具备较强的现实意义。

1 系统简介

数据采集系统功能配置如图1所示，从硬件系统结构考虑，该系统为一个16位内部数据总线结构的计算机。该功能该结构以负责主控任务的微控制器DSP和输入/输出逻辑控制的FPGA为核心(DSP与FPGA通过并行数据总线连接)，通过1394B总线接口与机电管理系统进行数据交换。每一路输入接口通过信号调理等预处理电路后，由FPGA负责完成数据采集，微控制器通过内部总线访问FPGA获取所有模拟量、离散量接口的采集结果，将结果经变换和算法处理后，周期上传至数据中心;微控制器同时将需要输出接口的总线命令通过FPGA控制各个接口。地面维护设备通过控制RS422/RS485与微处理器进行串行通讯，实现数据采集系统的地面维护。

图1 数据采集系统结构框图

2 硬件方案设计

基于IEEE-1394数据采集系统在硬件上设计可分为IEEE-1394总线通讯模块、微控制器与外围电路、接口调理电路、接口采集电路、电源电路等几部分电路。

2.1 IEEE-1394总线高速数据通信方案设计

IEEE-1394标准中规定的协议比较复杂，实际应用中多采用专用总线接口芯片实现，1394B因其更高的传输速度和更远的数据传输距离而得到了广泛的应用。系统设计中， 1394B总线以子卡的形式安装在数据采集系统内部，实现远程节点(RN)功能，完成总线通信协议处理等功能。1394子卡系统功能框图如图2所示，包括以下功能单元：FPGA电路、链路层、物理层、电源电路、时钟电路、异步存储器总线接口电路。

1394子卡在标准1394B总线通讯模块基础上，采用高性能FPGA实现了专用协议处理IP核、链路层(LINK)IP核等功能，具备1394 电气信号驱动能力。物理层(PHY)接口设计采用专用芯片，实现了和链路层的无缝连接。为满足TMS320C6713异步总线需求，子卡采用异步存储器总线接口，与主控制器间通过双端口进行收发数据的交互，实现与微控制器的数据和指令交换。该模块的数据收发通过接收STOF数据包修正本地时间偏移，并支持多种传输速率。

图2 异步总线1394子卡功能框图

2.2 高速数据采集解决方案

本设计利用DSP+FPGA架构实现数据采集系统的数据处理和逻辑控制。DSP作为系统核心，包括了整个系统的控制和运算部分，设计选用TI公司生产的高精度浮点型DSP芯片TMS320C6713，其片上资源及处理速度完全满足系统设计要求。FPGA作为系统协处理器，主要承担底层算法及逻辑控制，设计选用Xilinx公司的TFF1136芯片，该芯片具备时钟管理能力强、RAM及FIFO空间大、I/O资源丰富等优势，满足数据采集要求。DSP和FPGA最小系统及外围电路设计较为成熟，该文不再赘述。高速数据采集解决方案的关键技术主要包括静态局部重构技术和模拟信号采集电路设计。

2.2.1 静态局部重构技术方案设计

不同机载子系统对模拟信号和数字信号需求不同，设置固定数量信号通道必然会导致某类接口通道的浪费和硬件利用率的降低，应用FPGA的静态重构技术可实现该功能。静态重构技术是指，系统运行前，FPGA在外部逻辑的控制下，通过重新下载存储器中不同目标系统的数据，实现芯片逻辑功能改变的技术。图3中数据采集系统工作于液压子系统，该接口运行前，FPGA内部功能模块配置为液压子系统的目标数据，通过切换模拟开关矩阵实现信号通道的配置。图4中数据采集系统工作于起落架子系统，FPGA内部功能模块配置模式与图3液压子系统配置方法相同。同理，当数据采集系统工作于其他机载机电子系统时，按照同样方法进行配置。

图3 液压子系统数据采集系统功能配置

图4 起落架子系统数据采集系统功能配置

2.2.2 模拟信号采集电路设计

飞机机电管理数据系统采集系统中，模拟信号的采集最为广泛，其处理过程相对复杂。考虑到不同应用环境下对系统资源的不同需求，硬件应尽可能少占用系统资源，因此逻辑设计采用异步设计。主控制器DSP和逻辑控制器FPGA通过缓冲区进行通信。FPGA完成上电配置后，按固定周期依次实时采集系统模拟量输入，并将结果缓存于数据FIFO中;主控制器依据总线命令，读取缓冲区内容，并对采集数据进行滤波处理、变换、谱分析等操作后，通过1394B总线将采集结果上传至飞机机电管理数据中心。

图5所示为模拟信号采集电路硬件原理图，分别由调理电路、多路选择器、比例放大电路、A/D转换电路和控制电路组成。调理电路中设置了一阶RC低通滤波器，信号进入多路开关前通过两个二极管分别将输入电压箝位在+15V和-15V之间，用于保护后级多路开关和运算放大器。比例放大电路增益为0.8，AD转换器输入电压量程范围为±10V，故系统采集电压范围为±12.5V。AD转换器采用美国Burr-Bown公司生产的12位AD转换芯片ADS774作为模拟量采集芯片。该芯片具有高通过率、低功耗、高精度等特性，支持双极性输入， 信号输入范围可配置，系统设计中将其配置为0～±10V;该芯片线性误差为±2LSB，参考电压为2.50VDC，转换时间最大8.5us，满量程误差为±0.25%FS，失调误差最大为±10mV。AD转换最小单位为： ，满足系统设计要求。

图5 模拟量输入原理框图

3 软件方案设计

数据采集系统软件共分为四个模块(组件)，即初始化模块、接口控制模块、故障处理模块、地面支持模块，具体工作流程如图6所示。

图6 软件工作流程

1) 系统上电或复位状态下，软件完成硬件初始化和系统初始化，置所有输出接口保持预设的状态;

2) 系统软件依据配置信号选择调用接口控制模块或地面支持模块;

3) 接口控制模块下，数据采集系统通过IEEE-1394总线接口接收总线异步流数据包，设置总线接收和总线发送偏移，并判断系统工作模式，进入正常工作模式或安全工作模式;

4) 正常工作时，数据采集系统以固定总线周期进行数据采集和输出调度，并对实时任务进行在线监测，向机电管理数据中心周期上传数据采集结果和状态;

5) 自检工作时，置所有输出接口保持上电预设状态，对硬件接口进行自检，记录故障接口，并向机电管理数据中心上传自检结果;

6) 地面支持模块下，可将NVRAM在实时任务或BIT中记录的数据信息通过串行口下载到地面设备上，同时可实现数据采集系统的软件维护和升级。

4 结束语

本文介绍了一种基于IEEE-1394总线的高速数据采集系统设计和实现方案。设计从提高数据采集系统的实时性、通用性、小型化的角度出发，通过采用IEEE-1394专用总线芯片和FPGA+DSP的数据处理架构，极大的增强了系统数据处理能力和动态实时响应速度。系统能够根据不同机载子系统对模拟信号和数字信号数量的不同需求，通过静态局部重构技术实现灵活配置，满足采集要求;针对机载子系统模拟信号使用广泛、处理复杂的特点，系统采用软件开关动态切换技术，实现了信号采集的灵活配置和小型化设计。经过系统级验证，该方案工作稳定，满足数据采集速度及采集精度的要求，且方案具备安装方便，小型化，通用性等优点，具有较强的现实意义，可广泛应用于航空、航天和工业等各个领域。

参考文献：

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