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基于FPGA的1553B總線遠(yuǎn)程終端設(shè)計研究

發(fā)布時間:2020-06-24 22:58
【摘要】:近幾十年來航空航天領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展迅速,航空航天系統(tǒng)對其內(nèi)部設(shè)備的小型化、通用化、可擴(kuò)展等設(shè)計要求日益嚴(yán)苛,使用FPGA來實現(xiàn)總線通信協(xié)議已經(jīng)是目前航空航天領(lǐng)域發(fā)展的重點方向。MIL-STD-1553B總線是一種集中控制式、指令/響應(yīng)型多路串行數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn),其具有高可靠性和靈活性等優(yōu)點。隨著1553B總線在航空航天和軍工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,為了降低該總線的應(yīng)用成本和提高應(yīng)用開發(fā)的靈活性,以及為了實現(xiàn)1553B協(xié)議芯片的國產(chǎn)化,擺脫對國外芯片的依賴,降低工程風(fēng)險和成本,對1553B協(xié)議IP核的開發(fā)顯得日益重要。本文在對1553B總線協(xié)議進(jìn)行深入分析后,采用自頂向下的設(shè)計思想,設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的1553B遠(yuǎn)程終端。本文首先對1553B總線協(xié)議作了分析研究,著重分析了1553B遠(yuǎn)程終端的功能及其通信模式,在對協(xié)議深入理解的基礎(chǔ)上確定了遠(yuǎn)程終端設(shè)計的總體架構(gòu),對遠(yuǎn)程終端進(jìn)行了詳細(xì)的邏輯功能模塊劃分。其次結(jié)合1553B總線協(xié)議和曼徹斯特碼編解碼原理設(shè)計并實現(xiàn)了l553B總線各終端的通用型曼徹斯特II型碼編解碼器,并分別詳細(xì)介紹了編碼器和解碼器的設(shè)計思路及狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程。同時設(shè)計并實現(xiàn)了遠(yuǎn)程終端的協(xié)議處理器模塊,對協(xié)議狀態(tài)機(jī)、通道選擇模塊及雙口RAM的設(shè)計思路進(jìn)行了細(xì)致的闡述,完整介紹了協(xié)議狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程。再者對設(shè)計的遠(yuǎn)程終端的各模塊和整體進(jìn)行了時序仿真和綜合優(yōu)化,時序仿真結(jié)果驗證了該設(shè)計的邏輯功能正確。最后利用測試仿真卡搭建測試平臺對該設(shè)計進(jìn)行了板級驗證,通信測試結(jié)果證明了本設(shè)計已實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端的整體功能,可以完成系統(tǒng)的正常通信。本文的各個模塊均利用Verilog HDL硬件描述語言對其設(shè)計實現(xiàn),使用Xilinx公司的專用FPGA開發(fā)環(huán)境ISE14.1及其自帶工具ISE Simulator和XST進(jìn)行綜合和仿真。
【學(xué)位授予單位】:中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2019
【分類號】:V243;V443
【圖文】:

總線系統(tǒng)


MIL-STD-1553B 總線簡稱 1553B 總線,其全稱是“飛機(jī)內(nèi)部時分制命令/響應(yīng)多路傳輸數(shù)據(jù)總線”[23]。該標(biāo)準(zhǔn)對飛機(jī)內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)總線的電氣特性做了明確規(guī)定,還相應(yīng)地提出了一些具體的技術(shù)要求,包括總線通信該如何去操作、總線上所傳輸?shù)男畔⒏袷、總線通信的時間要求等,其作用就是為多個系統(tǒng)提供一個傳輸數(shù)據(jù)和消息的媒介[24]。2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成MIL-STD-1553B 總線系統(tǒng)主要由兩大部分組成:掛在數(shù)據(jù)總線上的負(fù)載終端和傳輸介質(zhì)即總線及短接線?偩上所有的終端按其功能及任務(wù)的不同又分為三種類型:總線控制器 BC(Bus controller)、遠(yuǎn)程終端 RT(Remote Terminal)及監(jiān)視器 MT(Monitor Terminal)[25]。常用的典型的雙通道 1553B 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。

曼徹斯特,II型


圖 2.2 曼徹斯特 II 型雙相電平碼Fig. 2.2 Manchester II biphase level code2.3 數(shù)據(jù)字類型MIL-STD-1553B 總線上的信息是以消息(Message)的形式傳輸?shù),消息中的協(xié)議字都被調(diào)制成曼徹斯特 II 型雙相電平碼。每一條消息最長由 32 個協(xié)議字組成,1553B 總線標(biāo)準(zhǔn)確定了三種協(xié)議字類型:命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字[28],字格式及每位詳細(xì)定義如圖 2.3 所示。每個協(xié)議字的長度為 20 位(bit),最前 3位為同步頭,最后 1 位則是奇偶校驗位,而中間的 16 位才是有效信息位。有效信息位及奇偶校驗位在總線上總是以標(biāo)準(zhǔn)的曼徹斯特 II 型碼存在[29];同步頭的電平跳變發(fā)生在第二個位時的中間,是一個無效的曼徹斯特 II 型碼,同步頭的

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