基于FPGA與RS422的MⅢ總線轉(zhuǎn)換板的設計與實現(xiàn)

機載數(shù)據(jù)總線技術是現(xiàn)代先進飛機電傳操縱系統(tǒng)和航空電子綜合化最重要的關鍵技術之一，它是計算機網(wǎng)絡技術在航空電子底層的具體實現(xiàn)，決定著飛機性能和航電系統(tǒng)綜合化程度的高低。本書從數(shù)據(jù)總線技術基礎、計算機網(wǎng)絡OSI七層參考模型兩方面介紹了機載數(shù)據(jù)總線的基礎技術，用于民用飛機上的ARINC-429、AmNC-629和CSDB機載數(shù)據(jù)總線，以及應用于軍用飛機上的MIL-S1D-1553B、MIL-STD-1773、STANAG3838/3910機載數(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)絡中可變規(guī)模互連接口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特點、協(xié)議規(guī)范、拓撲結(jié)構(gòu)及通信接口設計方法，并給出了典型的應用實例。

該轉(zhuǎn)換卡采用Top-Down自頂向下的設計方法，并綜合嵌入式可配置微處理器技術，來對系統(tǒng)進行模塊化設計。頂層模塊則采用圖形設計方式，底層模塊由VerilogHDL語言描述，并利用Quartus lI完成仿真及綜合，然后在ALTERA公司的Cyclone II系列EP2C40芯片來實現(xiàn)。此設計提升了系統(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總線是某型飛機火控電子設備的專用數(shù)據(jù)通信總線，又稱第三級總線。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與電信號之間的邏輯關系是：邏輯“1”對應邏輯高電平；邏輯“0”對應邏輯高電平。

MIII總線接口信號線根據(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。總線的“輸入”表示從MIII總線轉(zhuǎn)換板向某飛機火控設備輸出數(shù)碼標志，“輸出”則表示從某飛機火控設備向MIII總線轉(zhuǎn)換板輸入數(shù)碼標志。MIII的A1地址選通主要用于跟蹤地址數(shù)據(jù)與選擇設備，外部寫選通則用于在從MIII總線轉(zhuǎn)換板向某飛機火控設備傳輸數(shù)據(jù)和地址時的數(shù)碼跟蹤。外部接收選通則用于在從某飛機火控設備向MIII總線轉(zhuǎn)換板傳輸數(shù)據(jù)時的數(shù)碼跟蹤。

2 RS422通信協(xié)議

目前通用的串行通信接口標準主要有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10 Mb/s，傳輸距離長2 000 m，并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器[1]。由于該類電路的優(yōu)異性能，RS 422接口芯片已廣泛應用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡、機電一體化產(chǎn)品等諸多領域。

3 轉(zhuǎn)換板總體設計

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，以及接口控制信號和驅(qū)動信號的產(chǎn)生等；雙口存儲器RAM用來存放數(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)動電平信號。