基于MCU+FPGA的航空總線(xiàn)接口板測試平臺設計

　　引言

　　本文的項目背景是為了測試在航空領(lǐng)域CAN總線(xiàn)和高速異步總線(xiàn)的通信狀況。CAN(控制器局域網(wǎng))總線(xiàn)是由ISO(國際標準化組織)定義的有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的多組串行通信總線(xiàn)，由于其在通信能力、實(shí)時(shí)性、靈活性、易用性、傳輸距離遠、可靠性等方面有著(zhù)明顯的優(yōu)勢，日益受到人們的重視，在航空等領(lǐng)域已得到廣泛應用，成為目前比較流行的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。RS485標準的全稱(chēng)為T(mén)IA/EIA-485串行通訊標準，為彌補RS-232通信距離短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的，其數據采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，抗噪聲干擾性好。RS485具有多站能力(在總線(xiàn)上允許連接多達128個(gè)收發(fā)器)，是一種相對經(jīng)濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠的半雙工異步總線(xiàn)。LVDS(低壓差分信號傳輸)具有小擺幅差分特性使其成為一種高速低噪聲、高噪聲抑制能力、較低的電磁干擾、低功率技術(shù)，保證了可靠的信號傳輸，能滿(mǎn)足當今高性能數據傳輸應用的新型技術(shù)。此技術(shù)基于A(yíng)NSI/TIA/EIA-644LVDS接口標準。

　　功能介紹

　　本測試平臺采用FPGA+MCU為基本運行平臺，通過(guò)CAN總線(xiàn)、高速異步總線(xiàn)進(jìn)行數字信號的傳輸，主要用作對接口板功能的完整性、正確性進(jìn)行測試分析。通過(guò)RS232接口連接到上位機實(shí)現數據的實(shí)時(shí)發(fā)送和接收，以及對CAN總線(xiàn)和高速異步總線(xiàn)的波特率等參數實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。

　　硬件電路設計

　　本測試平臺對CAN數據傳送采用了雙冗余備份總線(xiàn)，支持8路高速異步總線(xiàn)同時(shí)傳送數據，其中4路為RS485電平，4路為L(cháng)VDS電平。主要由MCU(微控制器)控制模塊、FPGA(現場(chǎng)可編程邏輯陣列)模塊、CAN總線(xiàn)控制模塊、RS485接口模塊、LVDS接口模塊、RS232模塊以及電源模塊組成。主要硬件電路設計框圖如圖1。

　　Atmel公司的MCU器件選用Atmel公司的ATmega128-16AI，時(shí)鐘頻率11.0592MHz。ATmega128為基于A(yíng)VR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執行時(shí)間，ATmega128 的數據吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。MCU是整個(gè)總線(xiàn)控制器的核心，主要實(shí)現CAN總線(xiàn)信號的處理、與上位機通信以及對FPGA和上位機通信進(jìn)行中轉。FPGA選用Xilinx公司XC3SD3400A-4CS484，時(shí)鐘頻率50MHz，主要實(shí)現高速異步總線(xiàn)的處理、接收MCU的控制指令與MCU進(jìn)行數據交互。