[發(fā)明專利]機載電子設(shè)備I/O端口擴展系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210060498.5
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114564428B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉維;雷國志;舒勝坤;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: G06F13/40
• 分類號: G06F13/40;G06F13/42
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 房云

本發(fā)明公開的一種機載電子設(shè)備I/O端口擴展系統(tǒng)，旨在給出一種能夠最大化利用處理器外部接口資源，在不使用可編程邏輯器件前提下，保證系統(tǒng)具備IO擴展功能的方案。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：處理器通過集成電路總線IIC連接IO擴展器。將系統(tǒng)需要擴展的IO接口連接至IO擴展器的端口端，向IO擴展器發(fā)送讀寫控制命令，實現(xiàn)對多路IO擴展器端口的輸出和讀取，確定總線收發(fā)器兩端對應(yīng)端口的數(shù)據(jù)傳輸方向，使IO擴展器與總線收發(fā)器中的信號數(shù)據(jù)流向相匹配，通過總線收發(fā)器與外部機載電子設(shè)備進行交互，從而實現(xiàn)內(nèi)部離散量信號輸出和外部離散量信號的采集，從而完成系統(tǒng)的離散量采集、離散信號輸出等功能，實現(xiàn)系統(tǒng)IO擴展功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于機載領(lǐng)域的基于處理器的輸入輸出(IO)端口擴展技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著用戶對機載平臺電子系統(tǒng)或電子整機的高度綜合化要求不斷提升，航空電子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了分立式體系、聯(lián)合式體系、綜合模塊化(IMA)航空電子體系等階段，機載航電系統(tǒng)正朝小型化、輕型化、低功耗、高可靠性、高安全性方向發(fā)展。系統(tǒng)的功能也日趨復(fù)雜，系統(tǒng)中設(shè)備間的離散量通信也向著復(fù)雜化的方向發(fā)展。設(shè)備中處理器有限的接口資源已難以滿足復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)備間離散量管理、交互的需求。比如關(guān)于用來擴展單片機IO口的移位寄存器，但是移位寄存器擴展出來的單片機IO口只能用作一些低速設(shè)備的驅(qū)動擴展，如按鍵，LED等，無法去驅(qū)動一些高速的設(shè)備，因為串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)并行數(shù)據(jù)都是通過循環(huán)一位一位地移出來的，因此速度都是有限的。航電系統(tǒng)中，離散量信號是電子設(shè)備之間常用的傳輸信號。主控設(shè)備通過對離散信號的采集，實現(xiàn)狀態(tài)獲取，并通過離散量輸出，完成對其他電子設(shè)備的控制。控制應(yīng)用中的復(fù)雜接口速度差異大、設(shè)備種類繁多、IO口數(shù)量固定，數(shù)據(jù)信號形式多種，單片機本身接口功能有限。每個連接到I/O總線上的設(shè)備都有自己的I/O地址集，即所謂的I/O端口，大多數(shù)應(yīng)用中是不夠的，此外，系統(tǒng)可能由于存在各種干擾及不穩(wěn)定因素而出現(xiàn)故障，因此，應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計都不可避免的需要對輸入輸出(I/O)口進行擴展。在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，可能需要同時擴展多個I/O口，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要。擴展I/O接口必然要解決I/O接口的端口(寄存器)的編址和選址問題。每個通用接口部件都包含一組寄存器，一般稱這些寄存器為I/O端口。擴展I/O接口電路的功能例如速度協(xié)調(diào)、輸出數(shù)據(jù)鎖存、輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)總線連接著多個數(shù)據(jù)輸入設(shè)備和多個數(shù)據(jù)輸出。但是在任一時刻，只能進行一個源和負載的數(shù)據(jù)傳送，其它不參與的設(shè)備在電性能上必須同數(shù)據(jù)總線隔開，這就需要解決數(shù)據(jù)總線的隔離問題。對于輸出設(shè)備的接口電路要提供鎖存器，當(dāng)允許接收輸出數(shù)據(jù)時閂鎖打開，當(dāng)不允許接收輸出數(shù)據(jù)時閂鎖關(guān)閉。除了CPU、存儲器外，還必須有外部輸入輸出設(shè)備，計算機通過輸入輸出設(shè)備和外界進行通信，計算機所用的數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場采集的各種信息都要通過輸入設(shè)備送到計算機；而計算結(jié)果和計算機產(chǎn)生的各種控制信號又需通過輸出設(shè)備輸出到外部設(shè)備。當(dāng)CPU和外設(shè)之間沒有控制聯(lián)絡(luò)，雖然傳送比較簡單，但可靠性差。而專用的IO擴展芯片，其大致功能和移位寄存器相似，但是細節(jié)上還是存在很多不同，例如PCF8574的IO口能同時支持輸入輸出功能，這些細致的功能用起來更加順手，方便，但是跟其昂貴的售價比起來，這些功能顯然性價比太低。在做單片機選型的時候，往往會發(fā)現(xiàn)這樣一個規(guī)律，同一個core的單片機選型時，單片機的引腳越多，其單價就越貴。IO口不夠用的情況經(jīng)常出現(xiàn)，除了選用引腳更多的芯片之外，通常是是考慮使用芯片來擴展。雖然處理器有多個GPI0，在滿足最小系統(tǒng)和主功能的情況下，處理器剩下的GPIO并不多，再去除用于中斷信號的GPI0，留給其他外圍接口電路的GPIO數(shù)量非常少，滿足不了外圍接口電路的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對目前處理器存在的IO端口短缺情況，提供一種電路結(jié)構(gòu)和邏輯簡單，成本低，可實施的IO端口擴展系統(tǒng)方案。基于處理器的IO擴展技術(shù)，在電路中不增加其他高性能復(fù)雜器件的前提下，實現(xiàn)IO端口資源擴展，解決處理器對外交互時IO端口資源不夠的問題，并保持航電系統(tǒng)原本的高集成度及低功耗的特性。