基于FPGA的MⅢ總線(xiàn)與RS422通信協(xié)議轉換板的設計

O 引言
機載數據總線(xiàn)在飛機上的地位非常重要。機載總線(xiàn)轉換板則是為計算機與機載設備之間的連接提供的硬件基礎。機載設備通過(guò)總線(xiàn)轉換板與計算機進(jìn)行通信以收發(fā)數據。因此，用于測試系統的轉換板的研制與開(kāi)發(fā)就成為航電發(fā)展的一個(gè)重要部分。本文介紹的MIII總線(xiàn)轉換板的主要功能是將機載火控設備的MIII總線(xiàn)數據轉換成串口數據，以方便實(shí)現與PC機的通信，這樣，PC機就可讀取機載設備數據或發(fā)送指令以操作總線(xiàn)設備。
該轉換卡采用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(shù)，來(lái)對系統進(jìn)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(yǔ)言描述，并利用Quartus lI完成仿真及綜合，然后在A(yíng)LTERA公司的Cyclone II系列EP2C40芯片來(lái)實(shí)現。此設計提升了系統的處理速度和穩定性。降低了系統的功耗和成本。

1 MIII總線(xiàn)介紹
MIII總線(xiàn)是某型飛機火控電子設備的專(zhuān)用數據通信總線(xiàn)，又稱(chēng)第三級總線(xiàn)。MIII總線(xiàn)是單向地址、雙向數據、半雙工通信總線(xiàn)。
MIII總線(xiàn)的接口邏輯信號與電信號之間的邏輯關(guān)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(xiàn)接口信號線(xiàn)根據功能可分為三組，即數據通信總線(xiàn)、地址通信總線(xiàn)和信號控制總線(xiàn)。其中，數據通信總線(xiàn)包括0pKlK2～15pKlK-2；地址通信總線(xiàn)：0pAl～15pAl?？偩€(xiàn)的“輸入”表示從MIII總線(xiàn)轉換板向某飛機火控設備輸出數碼標志，“輸出”則表示從某飛機火控設備向MIII總線(xiàn)轉換板輸入數碼標志。MIII的A1地址選通主要用于跟蹤地址數據與選擇設備，外部寫(xiě)選通則用于在從MIII總線(xiàn)轉換板向某飛機火控設備傳輸數據和地址時(shí)的數碼跟蹤。外部接收選通則用于在從某飛機火控設備向MIII總線(xiàn)轉換板傳輸數據時(shí)的數碼跟蹤。

2 RS422通信協(xié)議
RS422通信協(xié)議標準的全稱(chēng)為T(mén)IA／EIA-422-B串行通信標準。該標準的數據傳輸采用差分傳輸方式，也稱(chēng)作平衡傳輸。由于RS-422標準的接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅動(dòng)器，故比RS232具備更強的驅動(dòng)能力，并可支持點(diǎn)對多點(diǎn)的雙向通信。RS-422四線(xiàn)接口由于采用了單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間的任何必須的信號交換均可以按軟件(XON／XOFF握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線(xiàn))來(lái)實(shí)現。

3 轉換板總體設計
MIII總線(xiàn)轉換板的總體結構如圖l所示，由接口電平轉換電路、總線(xiàn)接口控制邏輯、雙口存儲器和RS422轉換模塊組成。其中總線(xiàn)接口控制單元主要用于地址和數據的收發(fā)和寄存，以及接口控制信號和驅動(dòng)信號的產(chǎn)生等；雙口存儲器RAM用來(lái)存放數據和地址，包括MIII總線(xiàn)發(fā)送的數據以及PC機發(fā)送到MIII總線(xiàn)上的數據和地址；接口電平轉換電路由單雙向驅動(dòng)電路芯片組成，該電路的作用是提供符合MIII總線(xiàn)要求的驅動(dòng)電平信號。

3．1 總線(xiàn)轉換設計邏輯
在總線(xiàn)接口控制單元的設計開(kāi)發(fā)中，在嚴格執行國軍標對地面設備的研制規范等要求下，為了保證系統的可靠性，提高系統的可擴展性和性能，設計時(shí)應采用模塊化設計方法，并盡可能采用成熟的技術(shù)和器件。
基于上述設計原則，MIII總線(xiàn)接口板的硬件電路應采用FPGA器件來(lái)實(shí)現。而采用FPGA實(shí)現也具有設計周期短、成本低、運行速度快、電路性能可靠、擁有集成軟核、方便二次開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。
本接口板的設計采用自上而下(Top-Down)的設計技術(shù)路線(xiàn)。設計從系統的整體出發(fā)，應用Ouartus II軟件，并采用結構化描述方式來(lái)對設計對象的功能特性進(jìn)行分析，然后自上而下逐步將問(wèn)題細化，再根據分析的結果劃分功能模塊，并根據電路功能出發(fā)使用VerilogHDL語(yǔ)言對各模塊電路進(jìn)行數據流描述，然后利用Quartus II軟件進(jìn)行各模塊的功能仿真，在確認無(wú)誤之后，再連接各模塊進(jìn)行邏輯綜合及優(yōu)化，最后下載到FPGA芯片。
3．2 RS422轉換模塊
此模塊采用SP3490芯片進(jìn)行RS422通信協(xié)議轉換。SP3490芯片Sipex的+3．3V低功率全雙工收發(fā)轉換芯片，完全可以滿(mǎn)足各種規格的RS-485和RS-422串行通信協(xié)議。圖2所示為RS422轉換模塊的電路原理圖。