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      2. 基于DSP和FPGA的ARINC429機(jī)載總線(xiàn)接口板的硬件設(shè)計(jì)

        時(shí)間:2024-07-23 21:58:16 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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        基于DSP和FPGA的ARINC429機(jī)載總線(xiàn)接口板的硬件設(shè)計(jì)

        摘要:介紹了民用飛機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)總線(xiàn)ARINC429的硬件接口板,該接口板采用DSP和FPGA實(shí)現(xiàn)四種ARINC429信號(hào)收發(fā)通道,使整個(gè)系統(tǒng)的處理速度大大提高。

        機(jī)載數(shù)據(jù)總線(xiàn)ARINC429在當(dāng)代的運(yùn)輸機(jī)和相當(dāng)數(shù)量的民航客機(jī)(如A310、A300、A600、B757、B767)中有著廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)對(duì)ARINC429總線(xiàn)接口板的設(shè)計(jì)一般都是基于HARRIS公司的HS3282芯片完成的,它的缺點(diǎn)是路數(shù)有限、非常不靈活。因此對(duì)ARINC429總線(xiàn)接口板的研制,實(shí)現(xiàn)多通道ARINC429總線(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,成為目前對(duì)飛機(jī)載總線(xiàn)接口研究的重點(diǎn),具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。

        1 ARINC429總線(xiàn)簡(jiǎn)介

        在現(xiàn)代民用飛機(jī)上,系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與部件之間需要傳輸大量信息。ARINC規(guī)范就是為了在航空電子設(shè)備之間傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息而制定的一個(gè)航空運(yùn)輸?shù)墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

        ARINC429(以下簡(jiǎn)稱(chēng)429)總線(xiàn)采用雙絞屏蔽線(xiàn)傳輸信息,通過(guò)一對(duì)雙絞線(xiàn)反相傳輸,具有很強(qiáng)的抗干擾能力。而調(diào)制方式則采用雙極歸零制的三態(tài)碼方式,即信息由“高”、“零”和“低”狀態(tài)組成的三電平狀態(tài)調(diào)制。429電纜上的信號(hào)及經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后的信號(hào)如圖1所示。429總線(xiàn)每一個(gè)字為32位,它的字同步是以傳輸周期至少4位的時(shí)間間隔也就是4位碼字為基準(zhǔn)的。

        2 系統(tǒng)總體方案

        429總線(xiàn)接口板的主要功能是在429信號(hào)及相關(guān)外設(shè)之間起到橋梁作用,它既能接收雙極歸零制的429信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備,又可將計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為429信號(hào)輸出。本文介紹的總線(xiàn)接口板采用FPGA和DSP實(shí)現(xiàn)四路429信號(hào)接收通道和四路429信號(hào)發(fā)送通道,且每路通道之間相互獨(dú)立。在這個(gè)接口板中,每?jī)蓚(gè)數(shù)據(jù)字之間的時(shí)間間隔可調(diào),每一個(gè)收發(fā)通道能單獨(dú)定義字間隔長(zhǎng)度,每個(gè)通道校驗(yàn)方式可單獨(dú)定義為奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn),數(shù)據(jù)發(fā)送可以選擇單幀發(fā)送或自動(dòng)自復(fù)發(fā)送(重復(fù)發(fā)送某一幀)。

        整個(gè)接口板由調(diào)制電路、解調(diào)電路、FPGA、DSP和雙口RAM組成,如圖2所示。

        3 硬件電路設(shè)計(jì)

        3.1 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)

        429信號(hào)進(jìn)入接口板后,首先要把429信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電路可以識(shí)別的TTL電平。這里采用HOLT公司的HI-8482實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào),將標(biāo)準(zhǔn)的429總線(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成5V TTL數(shù)字信號(hào)。為了降低干擾,在429總線(xiàn)信號(hào)的四個(gè)輸入管腳分別接入39pF高精度軍品電容;采用HOLT公司的HI-8585芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制,將TTL數(shù)字電平轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的429信號(hào)。

        3.2 FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)

        按照429信號(hào)的編碼格式、特點(diǎn)、傳輸規(guī)則以及協(xié)議要求,選用一片ALTERA公司的ACEX1K型的FPGA發(fā)送和接收四路數(shù)據(jù)。每一路分為接收部分和發(fā)送部分。

        圖3

        接收部分的主要作用是通過(guò)串/并轉(zhuǎn)換將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為32位并行數(shù)據(jù),并對(duì)收到的數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制。對(duì)于字間隔、位間隔出錯(cuò)等錯(cuò)誤能進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),若無(wú)錯(cuò)誤,則將數(shù)據(jù)分兩次送至DSP的16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)上,以供讀取。接收模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

        發(fā)送送的主要功能是將DSP送入的數(shù)據(jù)暫存在FPGA內(nèi)部的FIFO中,等待發(fā)送命令。一旦接收發(fā)送控制指令,F(xiàn)IFO輸出數(shù)據(jù)并通過(guò)并/串轉(zhuǎn)換將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù),同時(shí)加入預(yù)先設(shè)定的間隔。用戶(hù)可通過(guò)寫(xiě)控制寄存器選擇發(fā)送模式(即單幀發(fā)送或自動(dòng)重復(fù)發(fā)送)、發(fā)送通道延遲設(shè)定、發(fā)送通道字間隔設(shè)定,還可通過(guò)讀取狀態(tài)位檢查它的工作狀態(tài)(發(fā)送緩沖器空、發(fā)送緩沖器滿(mǎn)和是否正在發(fā)送)。發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

        以上介紹的只是一路發(fā)送通道和接收通道,由于本系統(tǒng)共有四種獨(dú)立的發(fā)送通道和四路獨(dú)立的接收通道,故在FPGA中需設(shè)置四個(gè)接收模塊和四個(gè)發(fā)送模塊,通過(guò)DSP的地址線(xiàn)來(lái)選取其中的一路發(fā)送通道或接收通道。

        FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基于SRAM的,因此需要一片配置芯片固化內(nèi)部邏輯。為了便于調(diào)試,采用JTAG模式和被動(dòng)串行模式(PS)兩種配置模式,調(diào)試時(shí)使用JTAG模式直接將邏輯寫(xiě)入FPGA內(nèi)部,調(diào)試好后再用PS模式將程序?qū)懭肱渲眯酒Mㄟ^(guò)對(duì)FPGA和配置芯片上的引腳進(jìn)行跳線(xiàn),可選擇不同的配置方式。跳線(xiàn)電路如圖5所示。

        FPGA作為DSP的一個(gè)I/O外設(shè),必須要對(duì)它的寄存器地址統(tǒng)一編址。在此將FPGA編址在DSP的I/O空間。由于FPGA的接收通道和發(fā)送通道的數(shù)據(jù)寄存器可以占用一個(gè)地址。

        3.3 DSP與FPGA及外部設(shè)置的通信

        在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,DSP主要用于控制FPGA工作、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)、與外設(shè)主機(jī)通信。DSP是整個(gè)系統(tǒng)的中樞,控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。利用DSP向FPGA寫(xiě)控制字,其中包含幀間隔長(zhǎng)度大小等信息,可對(duì)FPGA進(jìn)行控制;另外,根據(jù)FPGA的反饋狀態(tài),可倒入出相應(yīng)的控制調(diào)整。考慮到用于控制FPGA的I/O口比較多,選用的DSP是TI公司的TMSLF2407A。TMSLF2407A的復(fù)用外圍I/O口多達(dá)39個(gè),圖6是DSP與FPGA之間的具體連接。

        DSP提供I/

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