基于SOPC 的1553B 總線接口邏輯設(shè)計

　　摘要:針對1553B 總線協(xié)議控制器基本依賴于進(jìn)口專用芯片現(xiàn)狀，提出了以Xilinx 公司Virtex-II Pro FPGA 為核心實現(xiàn)1553B 總線接口邏輯的系統(tǒng)設(shè)計方案。采用SOPC 技術(shù)，將PowerPC 405 硬核處理器與總線接口邏輯集成在一片F(xiàn)PGA 上，從而使系統(tǒng)集成度高、功能強大、擴展性強。通過測試表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，滿足1553B 總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 引言

　　數(shù)據(jù)總線是飛機航電系統(tǒng)中首先運用的數(shù)字電子設(shè)備之一，MIL-STD-1553B 就是其典型代表，它利用一條屏蔽的雙絞線進(jìn)行帶有時鐘信息的數(shù)據(jù)傳輸。1553B 具有高可靠性的特點，它已經(jīng)成為我國航空航天領(lǐng)域廣泛采用的軍用總線標(biāo)準(zhǔn)。由于1553B 總線協(xié)議控制器基本依賴于進(jìn)口的專用芯片，價格昂貴，還受到限制，并且這些芯片需要很多外圍的硬件電路配合工作，如果完成整個總線接口板的設(shè)計，還需要單獨的MCU，集成度不高，這樣就在某種程度上限制了設(shè)計能力。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，可編程片上系統(tǒng)設(shè)計(System on aProgrammable Chip,SOPC)技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到實際應(yīng)用。本文采用SOPC 技術(shù)，以Xilinx 公司的Virtex-II Pro FPGA 為核心，實現(xiàn)1553B 總線傳輸協(xié)議的接口邏輯設(shè)計。

　　2 1553B 數(shù)據(jù)總線傳輸協(xié)議簡介

　　現(xiàn)在廣泛采用的 1553B 標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)1973 年軍標(biāo)1553 原版基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。1553B是一種集中控制式、飛機內(nèi)部時分指令/響應(yīng)型多路串行數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，具有高可靠性和靈活性，已經(jīng)成為現(xiàn)代航空機載系統(tǒng)設(shè)備互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用于飛機、艦船等武器平臺上。1553B 數(shù)據(jù)總線的傳輸速率為1Mbps，協(xié)議規(guī)定3 種字：命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。字的長度為20 個bit，且由3 部分組成：同步頭(3bit),消息塊(16bit)和奇偶位(1bit)。信息量最大長度為32 個字?？偩€系統(tǒng)由一個總線控制器(BC)與不多于31 個的遠(yuǎn)程終端(RT)組成，有時系統(tǒng)中還可以加入總線.(MT)，由于終端類型的不同，可辨別出命令字和狀態(tài)字，命令字由BC 發(fā)出，而狀態(tài)字則由RT 發(fā)出。總線上傳輸?shù)男畔⒏袷街饕蠦C 到RT，RT到BC，RT 到RT，廣播方式和系統(tǒng)控制方式。

　　3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

　　系統(tǒng)采用 Xilinx 公司的Virtex-II Pro XC2VP30 FPGA 為核心，其內(nèi)部帶有2 個PowerPC405 處理器核?？偩€接口協(xié)議實現(xiàn)是基于Xilinx Virtex-II Pro 開發(fā)系統(tǒng)平臺的，Virtex-II Pro開發(fā)平臺是整個系統(tǒng)的核心，可以快速的搭建1553B 總線實現(xiàn)平臺。系統(tǒng)的硬件平臺主要由Virtex-II Pro 開發(fā)板、總線轉(zhuǎn)換器、總線終端設(shè)備和PC 機構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　在系統(tǒng)的開發(fā)中，為了提高開發(fā)效率，同時系統(tǒng)主要驗證的就是1553B 總線協(xié)議模塊，因此可以充分利用Xilinx 公司的Virtex-II Pro 開發(fā)板。開發(fā)板上具有豐富的資源，主要包括：XC2VP30 芯片、SDRAM(可以擴展到2GB)、高速SelectMAP FPGA 配置PROM、RS232 串口、嵌入平臺的USB 配置端口、高速系統(tǒng)擴展接口(與FPGA 的I/O 管腳相連)并可選擇差分或單端模式、PS2 接口、AC97 音頻接口、板上10/100M 以太網(wǎng)設(shè)備等等。這些豐富的板上資源為1553B 總線協(xié)議邏輯的開發(fā)提供了支持。