基于FPGA的自定義總線(xiàn)MCMB的設計與實(shí)現

摘要：針對現在對機載數據采集系統中總線(xiàn)技術(shù)的要求，采用Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F484，在數據采集系統中實(shí)現了自定義數據采集總線(xiàn)MCMB的設計。通過(guò)Modelsim進(jìn)行功能仿真，并利用QuartusⅡ自帶的仿真軟件SignaltapⅡ在FPGA上調試驗證總線(xiàn)IP核設計的正確性。
關(guān)鍵詞：自定義總線(xiàn)MCMB；機載數據采集系統；Modelsim；QuartusⅡ

機載數據采集系統由于其特殊的應用環(huán)境，對數據采集的要求較高。飛機一般都在高速、高空、高溫環(huán)境下飛行，所以機載數據采集系統不僅要加大系統可靠性和電磁兼容性方面的設計，還要針對數據采集種類(lèi)多、時(shí)間長(cháng)、數量大、精度高等要求作更多特殊處理?？删幊踢壿嬈骷?FPGA)能將傳統數據采集系統中的很多外圍設備和分立元件集成，減小系統的體積，同時(shí)還具備系統在線(xiàn)編程的能力，使系統的維護、開(kāi)發(fā)、更新變得更加方便。這些特性較好的解決了機載系統對產(chǎn)品重量輕、體積小、可靠性高、復雜度高等要求。
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，出現了許多優(yōu)秀的總線(xiàn)技術(shù)，PCI總線(xiàn)和Wishbone總線(xiàn)就是其中的杰出代表。本文在對PCI總線(xiàn)和Wishhone總線(xiàn)研究的基礎上，在FPGA內部設計實(shí)現了一種符合應變參數結構、適用于機載大量數據快速穩定傳輸的總線(xiàn)，在數據采集系統內部以IP核的形式實(shí)現了分布式數據采集總線(xiàn)(MCMB總線(xiàn))，真正達到高效、高速的數據雙向傳輸。

1 數據采集系統的整體設計
系統整體系統框圖如圖1所示。

機載數據采集系統采用模塊化的設計思想，將機載分布式數據采集系統分為主控制單元、供電單元、總線(xiàn)中繼單元、遠程控制單元、傳感器單元這幾個(gè)模塊。供電單元負責給整個(gè)系統提供所需電源。遠程控制單元負責接收主控制器發(fā)送的信息并對其進(jìn)行處理。當需實(shí)現遠距離傳輸時(shí)，在遠程終端處增加中繼單元，延長(cháng)通信距離。傳感器負責采集外部實(shí)時(shí)參數并經(jīng)遠程模塊上傳至主控制器。主控制器控制整個(gè)數據采集系統的工作，一個(gè)主控制器可以連接多個(gè)遠程終端，通過(guò)自定義的MCMB總線(xiàn)實(shí)現數據的采集和控制，完成對端點(diǎn)數據的采集。下面詳細介紹自定義MCMB總線(xiàn)IP核的設計。

2 MCMB總線(xiàn)IP核整體設計
MCMB總線(xiàn)IP核的整體設計分為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ARM的SMC總線(xiàn)到Wishbone總線(xiàn)的轉換，MCMB
主橋接口模塊實(shí)現的是Wishbone總線(xiàn)到MCMB總線(xiàn)的轉換。這里我們將對這兩個(gè)設計部分做詳細介紹。