基于FPGA與RS422的MⅢ總線轉(zhuǎn)換板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)和航空電子綜合化最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航空電子底層的具體實(shí)現(xiàn)，決定著飛機(jī)性能和航電系統(tǒng)綜合化程度的高低。本書從數(shù)據(jù)總線技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)OSI七層參考模型兩方面介紹了機(jī)載數(shù)據(jù)總線的基礎(chǔ)技術(shù)，用于民用飛機(jī)上的ARINC-429、AmNC-629和CSDB機(jī)載數(shù)據(jù)總線，以及應(yīng)用于軍用飛機(jī)上的MIL-S1D-1553B、MIL-STD-1773、STANAG3838/3910機(jī)載數(shù)據(jù)總線，線性令牌傳遞總線LTPB、光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI和航空電子統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中可變規(guī)?；ミB接口SCI,光纖通道FC,以及目前最新全雙工交換式以太網(wǎng)AFDX,全面分析了它們的技術(shù)特點(diǎn)、協(xié)議規(guī)范、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及通信接口設(shè)計(jì)方法，并給出了典型的應(yīng)用實(shí)例。

該轉(zhuǎn)換卡采用Top-Down自頂向下的設(shè)計(jì)方法，并綜合嵌入式可配置微處理器技術(shù)，來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。頂層模塊則采用圖形設(shè)計(jì)方式，底層模塊由VerilogHDL語(yǔ)言描述，并利用Quartus lI完成仿真及綜合，然后在ALTERA公司的Cyclone II系列EP2C40芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。此設(shè)計(jì)提升了系統(tǒng)的處理速度和穩(wěn)定性。降低了系統(tǒng)的功耗和成本。

1 MIII總線介紹

MIII總線是某型飛機(jī)火控電子設(shè)備的專用數(shù)據(jù)通信總線，又稱第三級(jí)總線。MIII總線是單向地址、雙向數(shù)據(jù)、半雙工通信總線。

MIII總線的接口邏輯信號(hào)與電信號(hào)之間的邏輯關(guān)系是：邏輯“1”對(duì)應(yīng)邏輯高電平；邏輯“0”對(duì)應(yīng)邏輯高電平。

MIII總線接口信號(hào)線根據(jù)功能可分為三組，即數(shù)據(jù)通信總線、地址通信總線和信號(hào)控制總線。其中，數(shù)據(jù)通信總線包括0pKlK2～15pKlK-2;地址通信總線：0pAl～15pAl?？偩€的“輸入”表示從MIII總線轉(zhuǎn)換板向某飛機(jī)火控設(shè)備輸出數(shù)碼標(biāo)志，“輸出”則表示從某飛機(jī)火控設(shè)備向MIII總線轉(zhuǎn)換板輸入數(shù)碼標(biāo)志。MIII的A1地址選通主要用于跟蹤地址數(shù)據(jù)與選擇設(shè)備，外部寫選通則用于在從MIII總線轉(zhuǎn)換板向某飛機(jī)火控設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和地址時(shí)的數(shù)碼跟蹤。外部接收選通則用于在從某飛機(jī)火控設(shè)備向MIII總線轉(zhuǎn)換板傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)碼跟蹤。

2 RS422通信協(xié)議

目前通用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)主要有RS 232，RS 422和RS 485，其中RS 232屬于單端不平衡傳輸協(xié)議，傳輸距離短，抗干擾性差；RS 485與RS 422均為平衡通信接口，但RS 485他只有一對(duì)雙絞線，工作于半雙工模式。RS 422屬于一種平衡通信接口，采用全雙工通信模式，傳輸速率高達(dá)10 Mb/s，傳輸距離長(zhǎng)2 000 m，并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器[1]。由于該類電路的優(yōu)異性能，RS 422接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。

3 轉(zhuǎn)換板總體設(shè)計(jì)

MIII總線轉(zhuǎn)換板的總體結(jié)構(gòu)如圖l所示，由接口電平轉(zhuǎn)換電路、總線接口控制邏輯、雙口存儲(chǔ)器和RS422轉(zhuǎn)換模塊組成。其中總線接口控制單元主要用于地址和數(shù)據(jù)的收發(fā)和寄存，以及接口控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生等；雙口存儲(chǔ)器RAM用來(lái)存放數(shù)據(jù)和地址，包括MIII總線發(fā)送的數(shù)據(jù)以及PC機(jī)發(fā)送到MIII總線上的數(shù)據(jù)和地址；接口電平轉(zhuǎn)換電路由單雙向驅(qū)動(dòng)電路芯片組成，該電路的作用是提供符合MIII總線要求的驅(qū)動(dòng)電平信號(hào)。