基于DSP和FPGA的ARINC429机载总线接口板的硬件计划
发布日期：2011-05-15
先容了民用飞机机载数据总线ARINC429的硬件接口板,该接口板采取DSP和FPGA实现四路ARINC429信号收发通道,使整个体系的处理惩罚速率大大进步。
机载数据总线 ARINC429在当代的运输机和相称数量的民航客机 (如A310、A300、A600、B757、B767)中有着遍及的应用。如今海内对ARINC429总线接口板的计划一样平常都是基于HARRIS公司的HS3282芯片完成的,它的缺点是路数有限、非常不机动。因此对ARINC429总线接口板的研制,实现多通道ARINC429总线数据的吸取和发送,成为如今对飞机机载总线接口研究的重点,具有非常紧张的实际意义和应用远景。
1 ARINC429总线简介
在当代民用飞机上,体系与体系之间、体系与部件之间必要传输大量信息。ARINC范例便是为了在航空电子配置之间传输数字数据信息而订定的一个航空运输的产业标准。
ARINC429(以下简称429)总线采取双绞屏蔽线传输信息,通过一对双绞线反相传输,具有很强的抗滋扰本领。而调制方法则采取双极归零制的三态码方法,即信息由“高”、“零”和“低”状态构成的三电平状态调制。429电缆上的信号及经电平转换后的信号如图1所示。429总线每一个字为32位,它的字同步因此传输周期至少4位的时间隔断也便是4位码字为基准的。
图1 429信号及电平转换后的波形
2 体系总体方案
429总线接口板的重要成果是在429信号及相干外设之间起到桥梁作用,它既能吸取双极归零制的429信号并将其转换为数字信号送入谋略机或别的配置,又可将谋略机或别的配置发出的数字信号转换为429信号输出。本文先容的总线接口板采取FPGA和DSP实现四路429信号吸取通道和四路429信号发送通道,且每路通道之间相互独立。在这个接口板中,每两个数据字之间的时间隔断可调,每一个收发通道能单独定义字隔断长度,每个通道校验方法可单独定义为奇校验或偶校验,数据发送可以选择单帧发送或主动重复发送(重复发送某一帧)。
整个接口板由调制电路、解调电路、FPGA、DSP和双口RAM构成,如图2所示。
图2 接口板硬件布局图
3 硬件电路计划
3.1 调制解调电路计划
429信号进入接口板后,起重要把429信号转换为数字电路可以辨认的TTL电平。这里采取HOLT公司的HI-8482实现信号的解调,将标准的429总线信号转换成5V TTL数字信号。为了低落滋扰,在429总线信号的四个输入管脚分别接入39pF的高精度军品电容;采取HOLT公司的HI-8585芯片实现信号的调制,将TTL数字电平转换为标准的429信号。
3.2 FPGA内部逻辑计划
根据429信号的编码格局、特点、传输规矩以及协议请求,选用一片ALTERA公司的ACEX1K型的FPGA发送和吸取四路数据。每一起分为吸取部分和发送部分。
吸取部分的重要作用是通过串/并转换将串行数据转换为32位并行数据,并对收到的数据主动实行不对控制。对付字隔断、位隔断堕落等错误能举行主动检测,若无错误,则将数据分两次送至DSP的16位数据总线上,以供读取。吸取模块布局框图如图3所示。
图3 吸取模块布局框图
发送部分的重要成果是将DSP送入的数据寄存在FPGA内部的FIFO中,等待发送下令。一旦接到发送控制指令,FIFO输出数据并通过并/串转换将并行数据转换为串行数据,同时参加预先设置的隔断。用户可通过写控制寄存器选择发送模式(即单帧发送或主动重复发送)、发送通道耽误设置、发送通道字隔断设置,还可通过读取状态位查抄它的事景况态(发送缓冲器空、发送缓冲器满和是否正在发送)。发送模块布局框图如图4所示。
图4 发送模块布局框图
以上先容的只是一起发送通道和吸取通道,由于本体系共有四路独立的发送通道和四路独立的吸取通道,故在FPGA中需设置四个吸取模块和四个发送模块,通过DSP的地点线来选取此中的一起发送通道或吸取通道。
FPGA内部布局是基于SRAM的,因此必要一片配置芯片固化内部逻辑。为了便于调试,采取JTAG模式和被动串行模式(PS)两种配置模式,调试时利用JTAG模式直接将逻辑写入FPGA内部,调试好后再用PS模式将步伐写入配置芯片。通过对FPGA和配置芯片上的引脚举行跳线,可选择差别的配置方法。跳线电路如图5所示。
图5 FPGA配置跳线设置
FPGA作为DSP的一个I/O外设,肯定要对它的寄存器地点同一编址。在此将FPGA编址在DSP的I/O空间。由于FPGA的吸取通道和发送通道是共用DSP的16位数据线的,故吸取通道和发送通道的数据寄存器可以占用一个地点。表1是FPGA各通道寄存器分派的地点。
表1 FPGA内部各通道寄存器地点
地点 00H 01H 02H 04H 05H 06H 08H 09H 0AH 0CH 0DH 0EH
1
通道 低字
寄存器 控制
寄存器 高字
寄存器 2
通道 低字
寄存器 控制
寄存器 高字
寄存器 3
通道 低字
寄存器 控制
寄存器 高字
寄存器 4
通道 低字
寄存器 控制
寄存器 高字
寄存器
3.3 DSP与FPGA及外部配置的通讯
在整个体系的计划中,DSP重要用于控制FPGA事变、数据中转、与外设主机通讯。DSP是整个体系的中枢,控制各个部分和谐事变。利用DSP向FPGA写控制字,此中包括帧隔断长度大小等信息,可对FPGA举行控制;别的,根据FPGA的反馈状态,可做出相应的控制调解。思量到用于控制FPGA的I/O口比较多,选用的DSP是TI公司的TMSLF2407A。TMSLF2407A的复用外围I/O口多达39个[2],图6是DSP与FPGA之间的详细连接。
图6 DSP与FPGA的连接表示图
DSP提供I/O操纵信号/IS、读写选定信号R/W、读使能信号/RD、写使能信号/WE以及地点线低四位A0、A1、A2、A3。通过这些控制逻辑信号可区分四路通道及每路通道的曲折字。
DSP和FPGA提供的别的帮助的控制和状态信号还包括:四路发送使能信号/ENTX[0..3],低电平有效;四路发送克制信号/TXT[0..3],低电平有效;四路吸取通道清零信号/CHACLRN[0..3],低电平有效;吸取数据到达信号/RER[0..3],用于告知DSP准备吸取某一起通道已经到达的数据;发送数据准备好信号/TXR[0..3]信号,用于告知各个发送通道中是否另有未发出的数据寄存在FIFO里,低电平表现没有数据;发送通道FIFO满信号FUL[0..3],高电平有效;GLOBCLRN信号,用于FPGA初始化时对其内部举行全局清零;TESTREQ信号,用于对整个体系的自检。
整个电路板是通过双口RAM与外设主机举行通讯的,双口RAM认真寄存外设要发送的数据和寄存FPGA处理惩罚过的数据。可把它大抵分为8个区,每一个区认真存放四路吸取通道和四路发送通道中的一起数据及控制字。利用双口RAM左右两停止的信箱可指挥接口板举行相应的操纵。
4 软件计划
软件的计划重要是DSP编程,DSP步伐的重要任务便是初始化、办理DSP外围电路、控制FPGA的收发数据以及与外设交互。DSP的主步伐流程图如图7所示。
整个接口电路板调试通过后,颠末测试可以同时吸取和发送四路ARINC429信号。这就办理了以往接口电路板通道数太少的瓶颈。利用FPGA密度高、布局机动、计划时间短和可编程的好处,实现了对某路ARINC429信号的独立处理惩罚,再加上TI公司2000系列DSP丰富的I/O接口和较平凡单片机更快的速率,实现了对FPGA的控制办理及与外设的通讯。因此本体系对当今民用飞机机载数据通讯总线互联提供了一种新型、先辈的要领,具有相称广泛的实用意义。
图7 DSP主步伐流程图
参考文献
1 褚振勇,翁木云. FPGA计划与应用.西安:西安电子科技大学出版社,2000
2 TMSLF2407A Fix-Point Digital Signal Processor(SPRS1451).Texas Instrument, 2000
3 刘寂静.TMSLF240x DSP c语言开辟应用.北京:北京航空航天大学出版社,2002
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