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基于FPGA/DSP技术的飞机总线系统通讯软件设计

2018年02月08日 15:02 次阅读

目前,随着工艺和技术的进步,集成电路技术的发展已经使得在一个芯片上集成一个可编程系统(Programmable System ON a Chip,PSOC)成为可能。其中,现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)由于其设计灵活、速度快,在数学专用集成电路的设计中得到广泛的应用。数字信号处理(DSP)的理论与实现手段获得了快速发展,已成为当代发展最快的学科之一。由于其高速的处理速度和强大而又灵活的接口与通信能力,在很多领域已经得到了广泛的应用[1]。

MILSTD1553B数据总线具有双向输出特性,实时性和可靠性高,广泛应用在当代的运输机和相当数量的民航客机以及军用飞机上。

1 1553B数据总线系统构成

1553B总线系统主要由3部分组成:总线控制器BC;远程终端RT;数据总线D ata Bus。

某飞机的总线系统构成如图1所示。

图中CIP1为BC,CIP2为CIP1备份,其他子系统都是RT,并且此总线系统是双余度的,两套总线互为备份。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/arTIcle/241686.htm

CIP1为通信和信息处理系统;CIP2为通信和信息处理系统备份;DTE为数据传输设备;INS为惯性导航系统;FDR为飞行参数记录系统;ADC为大气数据计算机;IFU为接口组件;FCC为火控计算机;SMS为外挂管理系统;LRS为激光测距系统。

2 1553B数据总线通信协议

1553B总线的工作频率是1 Mb/s 。采用曼彻斯特II码,半双工工作方式。主要的硬件部分为总线控制器(BC)、远端终端(RT)和可选用的总线监控器(MT)。一般情况下,这3部分通过1个多路总线接口(MBI)来完成。可把MBI嵌在计算机内。该总线有10种消息格式。每个消息至少包含2个字,每个字有16个消息位,1个奇偶校验位和3个位长的同步头,所有的消息字都采用曼彻斯特II码构成。1553B的数据总线传输的字的格式如图2所示。

1553B数据总线用的是指令/响应型通信协议。他有3种类型的终端,分别为:

(1)总线控制器(BC)

他是在总线上惟一被安排为执行建立和启动数据传输任务的终端。

(2)远程终端(RT)

他是用户子系统到数据总线上的接口,他在BC的控制下提取数据或吸收数据。

(3)总线监控器(MT)

他“监控”总线上的信息传输,以完成对总线上的 数据源进行记录和分析,但他本身不参与总线的通信。

3 1553B数据总线消息传输格式

1553B总线上的信息的传递是以消息为单位的。所有的消息都是由数据字、指令字、状态字组成。下面是1553B协议允许的10种消息格式,如图3所示。

4 某型飞机总线系统通讯层次结构

参考ISO的开放式互连系统七层模式,某型飞机机载系统分为5层:应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层,如图4所示。

这5层之间功能划分明确,接口简单,从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础[2]。应用层是通信系统的最高层次,他实现通信系统管理功能(如初始化、维护、重构等)和解释功能(如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等)。

驱动层是应用层与低层的软件接口。为实现应用层的管理功能,驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口(简称MBI)的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试,监控其工作状态,控制其和子系统主机的数据交换。

传输层控制多路传输总线上的数据传输,传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。

数据链路层按照MILSTD1553B规定,控制总线上各条消息的传输序列。

物理层按照MILSTD1553B规定,处理1553B总线物理介质上的位流传输。

应用层、驱动层在各个子系统主机上实现,传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。

5 总线系统通讯软件设计

在某型飞机航空总线系统的设计中,一个很重要的工作就是总线通讯软件的设计。航空总线通讯软件设计包括:驱动层和应用层的软件设计。其中驱动层直接驱动总线接口板主要完成各个寄存器的配置,实现数据的发送和接收;应用层是设计中的最高层,他管理整个系统的功能[3]。作为一块接口板,设计的重点在于驱动层的软件的设计,他包括3个方面的内容:

(1)FPGA部分的软件。

(2)DSP部分的软件。

(3)上位机操作系统驱动软件。

5.1 FPGA程序控制功能

该部分采用VHDL语言编写,实现1553B总线数据的接收、发送、曼彻斯特II码、错误检出、奇偶检验、与DSP的接口和译码电路等功能。其中发送单元与接收单元是并行工作的,由逻辑门电路实现。这里从软件角度画出流程图如图5所示。

5.2 DSP程序控制功能

DSP控制部分程序实现的功能如下:

(1)对总线接口板的初始化(包括初始化DSP本身内部电路和寄存器FPGA及上位机通讯寄存器)。

(2)实现RT地址识别

由于是多RT总线接口板,所以收到数据后,应该判别该RT地址是否属于该接口板;

(3)与上位机消息传输控制功能

消息传输控制程序完成总线应传输的数据在总线接口 板和上位机之间的数据交换。包括数据的读写过程和自检测过程,所要完成的操作如下:

①向FPGA写入发送数据(到总线)。

②从FPGA内读出数据(该数据由DSP处理)。

③向双口RAM写入数据(到上位机)。

in: 0px auto; “》④自检测过程。自检测过程是在收到上位机的自检命令后,实现接口板的数据发送 和接收性能测试。

(4)中断控制程序

在DSP芯片TMS320F206接口的设计中,使用3个硬件中断,INT1,INT2由FPGA来产生,INT3 则由上位机来产生。INT1表明FPGA的接收单元已收到一个数据,通知F206读数,INT2表明FPGA的接收单元已收到一个错误数据,通知F206读取错误状态信息,INT3是上位机和接口板数据传输控制的一种手段,通过INT3中断,上位机告诉接口板进行数据接收还是数据发送操作,发送多少数据,采用的消息格式以及总线控制等信息。

DSP部分的软件采用C++和汇编语言混合编程,关键路径如中断服务程序,数据发送和接收程序都采用汇编语言以达到最大的执行效率,主程序采用C++编写。

DSP部分软件的流程图,如图6所示。

5.3 上位机控制程序

主要实现上位机在特定的操作系统下对接口板的软件驱动、数据通讯和传输控制。主要使用C++在Windows环境下进行软件开发。

6结语

本文介绍了一种基于FPGA和DSP对某型飞机总线系统通讯软件设计与实现的方法。在实际的运用中,较好的实现了总线系统通讯功能,对1553B总线研究具有一定的使用和参考价值。

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发表于 2018-03-16 11:57 1805次阅读
FPGA的电源管理不简单,五个设计死角一定不可忽...

使用Xilinx可编程逻辑实现数据中心互连

随着实施基于云的服务和机器到机器通信所产生的数据呈指数级增长,数据中心面临重重挑战。这种增长毫无减缓...

发表于 2018-03-16 10:17 637次阅读
使用Xilinx可编程逻辑实现数据中心互连

FPGA是什么,中国FPGA市场及人才需求

从市场规模来看,全球FPGA近几年基本维持在50亿美元左右。当前,在国家大力支持集成电路产业发展的环...

发表于 2018-03-15 14:23 889次阅读
FPGA是什么,中国FPGA市场及人才需求

在FPGA上跑二值图像膨胀算法程序代码

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现 Xilinx 突破性技术与产品亮相 OFC 2018,大展光...

发表于 2018-03-14 18:29 387次阅读
在FPGA上跑二值图像膨胀算法程序代码

深度学习框架只为GPU? 答案在这里

目前大多数的机器学习是在处理器上完成的,大多数机器学习软件会针对GPU进行更多的优化,甚至有人认为学...

发表于 2018-03-14 18:29 2473次阅读
深度学习框架只为GPU? 答案在这里

“雷赛EtherCAT & RTEX总线...

除此之外,雷赛还拥有全球销量最高的步进驱动产品,同时引领着国内步进驱动器的发展趋势。雷赛的驱动产品以...

发表于 2018-03-13 14:46 768次阅读
“雷赛EtherCAT & RTEX总线...

CAN总线结构与CAN总线标准帧

CAN总线规范采用了ISO-OSI(Open System Interconnection Refe...

发表于 2018-03-13 14:09 698次阅读
CAN总线结构与CAN总线标准帧

传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

相信每一个电子工程师在项目开发的过程中都不可避免的要进行方案的调试,除了模拟调试我们还必须进行真机调...

发表于 2018-03-13 13:54 602次阅读
传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

在Pin Planner界面最下面出现的“Node Name”一列中,有我们的3个信号接口,这里“L...

发表于 2018-03-13 10:09 529次阅读
PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

3D图像传感器系统结构包含两只CMOS型图像传感器及缓存图像数据的SDRAM,为了对两只图像传感器...

发表于 2018-03-13 09:55 647次阅读
人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

JTAG模式在线下载FPGA的原理如图7.15所示,PC端的Quartus II软件通过下载线缆将b...

发表于 2018-03-13 09:46 565次阅读
AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

显示器件成为消费电子核心驱动力,DISPLAY ...

三星146英寸The Wall Micro LED、可完全卷曲的LG 65英寸Rollable TV...

发表于 2018-03-12 20:20 171次阅读
显示器件成为消费电子核心驱动力,DISPLAY ...

莱迪思发布新一代FPGA设计软件 适用于开发低功...

莱迪思半导体公司布推出全新的FPGA设计软件——Lattice Radiant™,适用于需要开发低功...

发表于 2018-03-12 15:52 161次阅读
莱迪思发布新一代FPGA设计软件 适用于开发低功...

献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

在进行FPGA学习的时候,我遇到过问题停滞不前,试验没有进展,心情沮丧的时候。那时对底层硬件一无所知...

发表于 2018-03-12 14:18 967次阅读
献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

汽车总线对HID安定器的防反接保护及热插拔电路的...

MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间,电阻Rg为MOS管提供电压偏置,利用MOS管的开关特...

发表于 2018-03-12 11:35 307次阅读
汽车总线对HID安定器的防反接保护及热插拔电路的...

FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在P...

发表于 2018-03-12 10:35 608次阅读
FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA控制的无人机电源管理系统

工业电子产品的发展趋势是更小的电路板尺寸、更时尚的外形和更具成本效益。由于这些趋势,电子系统设计人员...

发表于 2018-03-12 09:48 3046次阅读
FPGA控制的无人机电源管理系统

不为人知的示波器十二般武艺

示波器是人们设计、制造或协议解码根据示波器波形显示进行串行总线手动解 码既耗时又容易出错。在这一相对...

发表于 2018-03-10 09:53 732次阅读
不为人知的示波器十二般武艺

一个电子工程师的硬件初学之路分享

抱着热情,自己后来一点一点地深入的学习fpga,一些常规逻辑电路的设计,包括逻辑门电路、数据选择器、...

发表于 2018-03-09 16:45 697次阅读
一个电子工程师的硬件初学之路分享

初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

各种方案虽然只是初步的了解一些,但是发现这方面虽然有类似SOPC概念的海思和TI双核解决方案,而且是...

发表于 2018-03-09 14:19 696次阅读
初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

如何实现智能产品喇叭振幅和喇叭温度保护

随着智能手机产品轻薄化的流行趋势,喇叭的体积越来越局限,这样造成外放的性能很难提升。同时,音频现在是...

发表于 2018-03-06 10:54 1938次阅读
如何实现智能产品喇叭振幅和喇叭温度保护

主动噪声控制平台的FPGA实现

主动噪声控制平台的FPGA实现。基于FPGA搭建了针对汽车的主动噪声控制平台,此平台可以正确实时地采...

发表于 2018-03-05 10:34 601次阅读
主动噪声控制平台的FPGA实现

学习硬件必须掌握的基础知识点总结

如果你认为这么多书,怎么看都看不完。那是以一种静止、偏面的观点来分析问题了。其实上介绍那么多课,很多...

发表于 2018-03-04 15:28 1267次阅读
学习硬件必须掌握的基础知识点总结

基于FPGA的惯性导航系统设计

惯性导航系统(INS,Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统,是一...

发表于 2018-03-04 09:25 93次阅读
基于FPGA的惯性导航系统设计

基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...

本文主要介绍了基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设计。利用GPS提供的1pps秒脉冲信号...

发表于 2018-03-02 14:55 321次阅读
基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...