基于FPGA與RS422的MⅢ總線(xiàn)轉換板的設計與實(shí)現

機載數據總線(xiàn)技術(shù)是現代先進(jìn)飛機電傳操縱系統和航空電子綜合化最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，它是計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在航空電子底層的具體實(shí)現，決定著(zhù)飛機性能和航電系統綜合化程度的高低。本書(shū)從數據總線(xiàn)技術(shù)基礎、計算機網(wǎng)絡(luò )OSI七層參考模型兩方面介紹了機載數據總線(xiàn)的基礎技術(shù)，用于民用飛機上的ARINC-429、AmNC-629和CSDB機載數據總線(xiàn)，以及應用于軍用飛機上的MIL-S1D-1553B、MIL-STD-1773、STANAG3838/3910機載數據總線(xiàn)，線(xiàn)性令牌傳遞總線(xiàn)LTPB、光纖分布式數據接口FDDI和航空電子統一網(wǎng)絡(luò )中可變規?；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)議規范、拓撲結構及通信接口設計方法，并給出了典型的應用實(shí)例。

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

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(xiàn)，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(cháng)2 000 m，并允許在一條平衡總線(xiàn)上連接最多10個(gè)接收器[1]。由于該類(lèi)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(luò )、機電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。

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。