国产器件的雷达伺服多通道通讯系统

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基于国产器件的雷达伺服多通道通讯硬件平台主要分为以下模块：GD32F407VGT6
微控制器模块、JXCLX25-668模块、时钟与电源模块、印制电路板布局与布线设计。
GD32F407VGT6微控制器与JXCLX25-668 FPGA直接I/O口连接，通过EXMC协议设
计实现数据交互，完成整个系统的逻辑控制设计与报文数据解析执行。以微控制器作为
逻辑控制，配置以太网JDP83848芯片实现10/100Mbps传输速率，负责接收上位机指令，
然后通过TD301DCANH3高速CAN隔离收发芯片将指令发送至驱动器控制电机转动。
FPGA扩展了分系统之间多路RS-422传输，由FPGA整合处理。本章主要研究（开发）
系统主要模块的设计和接口配置，以及电路板PCB的布局布线设计与成品静态检测。

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在PCB布局及堆叠设计的基础上，接下来进行布线设计。PCB布线应当遵从以下
几点标准：
（1）输入线和输出线不能互相平行，应考虑接地平面隔离各布线层，接地线路隔
离各信号线，及重要的信号线附近应当有一条地线；
（2）信号芯片的布置通常是靠近连接的芯片I/O，在次基础上确保信号线尽可能的
短，其他模块的走线过程中的拐角禁止出现锐角或直角；
（3）在复位、中断和控制信号的布线中，应当考虑实用高频滤波，远离电源模块
以及原理电路板边缘；
（4）易受ESD影响的电路应放置在电路中心附近，以便其他电路能够提供一定的
保护和屏蔽；
（5）在电源走线中，当电源靠近集成芯片时，应考虑在每个电源引脚上放置高频
滤波电容。
按照上述要求对6层PCB进行布线设计，PCB的布线主要集中在TOP层和ART03
层。因此TOP层和ART03层布线结果如图3.12所示。

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结束PCB设计工作完成后，需要将到成品的整板进行测试，首先依据TOP层和
BOTTOM层布局，检查确认是否有芯片缺焊虚焊，扩展接口摆放方向是否准确，插座
和扩展接口的1号位置是否标志准确。然后检测过程主要用到万能表，使用万能表测量
芯片电源接口管脚是阻抗是否正常、关键位置电阻、电容摆放是否准确和各个芯片接地
引脚是否正常接地等等。最后观察上电后电流功率大小是在合理范围。若发现错误应当
及时纠正，防止发生短路烧毁主板等风险[44]。最后PCB实物展示如图3.13所示。

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外部存储器控制器主要用来访问各种片外设备，通过配置寄存器，外部存储器控制
器可以把高级微控制器总线架构协议转换为外部设备的通用RAM协议，其中就包括
SRAM，ROM，NOR Flash，8位或16位NAND Flash，16位PC Card[47]。微控制器与
FPGA通信时将FPGA模拟成SRAM进行通信，在通信时应当注意，若AHB的位宽度
等于FPGA的位宽，则可以直接使用；通常雷达伺服数据以16位为一组有效信息，本
系统逻辑开发同样采用16位传输数据，FPGA扩展接口丰富，依据PCB布局中的设计，
微控制器大部分引脚与FPGA直连，依据本系统逻辑优化设计采用同位宽传输方式。微
控制器与FPGA之间的连接方式图4.3所示。

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RS-422可靠性传输模块
RS-422弥补RS-232在距离、速率和抗干扰的缺点，提升系统的传输功能，因此采
用RS-422总线作为雷达伺服多通道通讯系统与各分系统之间的数据传输接口，完成与
监控、极化、方位、纵横摇等分系统之间的数据交互。为了保障差分信号数据传输准确
性，本文根据RS-422协议，设计首位校验数据帧。RS-422数据帧格式设计及字段说明
分别如表4.3、表4.4所示。

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RS-422数据帧中数据头字节长度为1Byte，根据各分系统内部协商确定使用“0x8a”
为数据段的头字节，各自动化设备中断若收到“0x8a”数据时表明数据段开始，否则丢
弃数据段继续监听；ID字段长度为1Byte，由各分系统设备分配确定，例如：“0x01”
代表极化设备端信号、“0x02”代表监控设备端信号等等，ID字段决定了数据段的传输
方向；数据长度是1Byte，根据数据长度大小判断是否接收后面数据，缺省为“1”；数
据信号为4Byte，主要用于各分系统间对应协议和状态的传递；校验码，针对数据信号
4Byte进行累和计算，高位舍去保存后传输；数据传输完毕后，对信号数据进行校验，
对于数据累和值与检验码数值不同则舍弃，反之则保留至对应寄存器。RS-422采用全
双工差分异步传输，对差分信号同时发送与接收，RS-422数据帧格式工作流程如图4.8
所示。

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