基于FPGA的自定義總線MCMB的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)現(xiàn)在對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中總線技術(shù)的要求，采用Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F484，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了自定義數(shù)據(jù)采集總線MCMB的設(shè)計(jì)。通過Modelsim進(jìn)行功能仿真，并利用QuartusⅡ自帶的仿真軟件SignaltapⅡ在FPGA上調(diào)試驗(yàn)證總線IP核設(shè)計(jì)的正確性。
關(guān)鍵詞：自定義總線MCMB；機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；Modelsim；QuartusⅡ

機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于其特殊的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求較高。飛機(jī)一般都在高速、高空、高溫環(huán)境下飛行，所以機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅要加大系統(tǒng)可靠性和電磁兼容性方面的設(shè)計(jì)，還要針對(duì)數(shù)據(jù)采集種類多、時(shí)間長、數(shù)量大、精度高等要求作更多特殊處理?？删幊踢壿嬈骷?FPGA)能將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的很多外圍設(shè)備和分立元件集成，減小系統(tǒng)的體積，同時(shí)還具備系統(tǒng)在線編程的能力，使系統(tǒng)的維護(hù)、開發(fā)、更新變得更加方便。這些特性較好的解決了機(jī)載系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品重量輕、體積小、可靠性高、復(fù)雜度高等要求。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的總線技術(shù)，PCI總線和Wishbone總線就是其中的杰出代表。本文在對(duì)PCI總線和Wishhone總線研究的基礎(chǔ)上，在FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種符合應(yīng)變參數(shù)結(jié)構(gòu)、適用于機(jī)載大量數(shù)據(jù)快速穩(wěn)定傳輸?shù)目偩€，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部以IP核的形式實(shí)現(xiàn)了分布式數(shù)據(jù)采集總線(MCMB總線)，真正達(dá)到高效、高速的數(shù)據(jù)雙向傳輸。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)整體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將機(jī)載分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為主控制單元、供電單元、總線中繼單元、遠(yuǎn)程控制單元、傳感器單元這幾個(gè)模塊。供電單元負(fù)責(zé)給整個(gè)系統(tǒng)提供所需電源。遠(yuǎn)程控制單元負(fù)責(zé)接收主控制器發(fā)送的信息并對(duì)其進(jìn)行處理。當(dāng)需實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，在遠(yuǎn)程終端處增加中繼單元，延長通信距離。傳感器負(fù)責(zé)采集外部實(shí)時(shí)參數(shù)并經(jīng)遠(yuǎn)程模塊上傳至主控制器。主控制器控制整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作，一個(gè)主控制器可以連接多個(gè)遠(yuǎn)程終端，通過自定義的MCMB總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制，完成對(duì)端點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集。下面詳細(xì)介紹自定義MCMB總線IP核的設(shè)計(jì)。

2 MCMB總線IP核整體設(shè)計(jì)
MCMB總線IP核的整體設(shè)計(jì)分為SMC接口模塊和MCMB主橋接口模塊兩個(gè)部分。SMC接口模塊實(shí)現(xiàn)ARM的SMC總線到Wishbone總線的轉(zhuǎn)換，MCMB
主橋接口模塊實(shí)現(xiàn)的是Wishbone總線到MCMB總線的轉(zhuǎn)換。這里我們將對(duì)這兩個(gè)設(shè)計(jì)部分做詳細(xì)介紹。