基于FPGA的1553B总线远程终端设计研究

发布时间：2020-06-24 22:58

【摘要】：近几十年来航空航天领域的技术发展迅速,航空航天系统对其内部设备的小型化、通用化、可扩展等设计要求日益严苛,使用FPGA来实现总线通信协议已经是目前航空航天领域发展的重点方向。MIL-STD-1553B总线是一种集中控制式、指令/响应型多路串行数据总线标准,其具有高可靠性和灵活性等优点。随着1553B总线在航空航天和军工领域的广泛应用,为了降低该总线的应用成本和提高应用开发的灵活性,以及为了实现1553B协议芯片的国产化,摆脱对国外芯片的依赖,降低工程风险和成本,对1553B协议IP核的开发显得日益重要。本文在对1553B总线协议进行深入分析后,采用自顶向下的设计思想,设计并实现了基于FPGA的1553B远程终端。本文首先对1553B总线协议作了分析研究,着重分析了1553B远程终端的功能及其通信模式,在对协议深入理解的基础上确定了远程终端设计的总体架构,对远程终端进行了详细的逻辑功能模块划分。其次结合1553B总线协议和曼彻斯特码编解码原理设计并实现了l553B总线各终端的通用型曼彻斯特II型码编解码器,并分别详细介绍了编码器和解码器的设计思路及状态转换流程。同时设计并实现了远程终端的协议处理器模块,对协议状态机、通道选择模块及双口RAM的设计思路进行了细致的阐述,完整介绍了协议状态机的状态转换流程。再者对设计的远程终端的各模块和整体进行了时序仿真和综合优化,时序仿真结果验证了该设计的逻辑功能正确。最后利用测试仿真卡搭建测试平台对该设计进行了板级验证,通信测试结果证明了本设计已实现远程终端的整体功能,可以完成系统的正常通信。本文的各个模块均利用Verilog HDL硬件描述语言对其设计实现,使用Xilinx公司的专用FPGA开发环境ISE14.1及其自带工具ISE Simulator和XST进行综合和仿真。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V243;V443
【图文】：

MIL-STD-1553B 总线简称 1553B 总线，其全称是“飞机内部时分制命令/响应多路传输数据总线”[23]。该标准对飞机内部传输数据总线的电气特性做了明确规定，还相应地提出了一些具体的技术要求，包括总线通信该如何去操作、总线上所传输的信息格式、总线通信的时间要求等，其作用就是为多个系统提供一个传输数据和消息的媒介[24]。2.1 系统结构组成MIL-STD-1553B 总线系统主要由两大部分组成：挂在数据总线上的负载终端和传输介质即总线及短接线。总线上所有的终端按其功能及任务的不同又分为三种类型：总线控制器 BC（Bus controller）、远程终端 RT（Remote Terminal）及监视器 MT（Monitor Terminal）[25]。常用的典型的双通道 1553B 总线拓扑结构如图 2.1 所示。

图 2.2 曼彻斯特 II 型双相电平码Fig. 2.2 Manchester II biphase level code2.3 数据字类型MIL-STD-1553B 总线上的信息是以消息（Message）的形式传输的，消息中的协议字都被调制成曼彻斯特 II 型双相电平码。每一条消息最长由 32 个协议字组成，1553B 总线标准确定了三种协议字类型：命令字、数据字和状态字[28]，字格式及每位详细定义如图 2.3 所示。每个协议字的长度为 20 位（bit），最前 3位为同步头，最后 1 位则是奇偶校验位，而中间的 16 位才是有效信息位。有效信息位及奇偶校验位在总线上总是以标准的曼彻斯特 II 型码存在[29]；同步头的电平跳变发生在第二个位时的中间，是一个无效的曼彻斯特 II 型码，同步头的

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本文编号：2728481