基于FPGA/DSP技术的1553B飞机总线系统通讯软件的设计

发布者:mu22最新更新时间:2014-03-08 来源: 中电网关键字:飞机总线系统  1553B  FPGA 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

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。

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)。
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。

关键字:飞机总线系统  1553B  FPGA 引用地址:基于FPGA/DSP技术的1553B飞机总线系统通讯软件的设计

上一篇:基于DSP/FPGA及以太网控制器的运动控制器设计与研究
下一篇:ARM、FPGA和DSP的区别是什么?

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 23:01

Ports模式下CY7C68013和FPGA的数据通信
引言 通用串行总线(USB)具有快速、双向、大批量传输、廉价以及可实现热插拔等优点,Cypress公司的FX2系列芯片之一CY7C68013是最早符合USB2.0标准的微控制器,集成了符合USB2.0的收发器、串行接口引擎(SIE)、增强型8051内核以及可编程的外围接口,实现基于USB2.0的接口数据通信,CY7C68013可配置成3种不同的接口模式;Ports(端口模式)、GPIF Master(可编程接口模式)和Slave FIFO(主从模式),其中,后两种模式利用其内部集成的可以独立于微处理器而自动处理USB事务的硬件(USB核),数据的传输通过执行USB本身的协议来完成,微处理器可不参与数据传输,从而使数据的传输速率大
[工业控制]
ARM+FPGA开发板的强劲图形系统体验——米尔基于NXP i.MX 8M Mini+Artix-7开发板
ARM+FPGA开发板的强劲图形系统体验——米尔基于NXP i.MX 8M Mini+Artix-7开发板 关键词:NXP、Xilinx、i.MX 8M Mini、Artix-7、ARM+FPGA、图像处理、异构处理器 本篇测评由优秀测评者“qinyunti”提供。 01 ARM+FPGA异核架构开发板简单介绍 MYD-JX8MMA7的这款ARM+FPGA异核架构开发板, 拥有2个GPU核,一个用来做3D数据处理,另一个用来做2D和 3D加速。3D GPU核支持:  OpenGL ES 1.1,2.0  Open VG 1.1  2D GPU核支持  多图层混合 基于ARM+FPG
[嵌入式]
ARM+<font color='red'>FPGA</font>开发板的强劲图形<font color='red'>系统</font>体验——米尔基于NXP i.MX 8M Mini+Artix-7开发板
技术文章—CrossLink FPGA如何支持MIPI
过去几年里,嵌入式视觉应用大量涌现,包括从相对简单的智能视觉门铃到执行随机拾取和放置操作的复杂的工业机器人,再到能够在无序、地形不断变化的环境中导航的自主移动机器人(AMR)。快速采用嵌入式视觉技术的行业包括汽车、消费电子、医疗、机器人、安防/监控以及大量工业应用。 如今,嵌入式视觉正逐渐应用于人工智能(AI)和机器学习(ML)系统中,用来分析图像和视频流、检测/识别人和物体以及从看到的景象中提取信息,便于采取下一步行动( 关于AI、ANN、ML、DL和DNN的常见 问题 1)。 本文首先介绍了当今嵌入式视觉设计一些趋势。然后探讨了现场可编程逻辑门阵列(FPGA)在嵌入式视觉系统中的应用。最后讨论了使用莱迪思半导体的Cro
[嵌入式]
技术文章—CrossLink <font color='red'>FPGA</font>如何支持MIPI
基于51单片机与CPLD/FPGA接口逻辑设计
在功能上,单片机与大规模CPLD有很强的互补性。单片机具有性能价格比高、功能灵活、易于人机对话、良好的数据处理能力潍点;CPLD/FPGA则具有高速、高可靠以及开发便捷、规范等优点。以此两类器件相结合的电路结构在许多高性能仪器仪表和电子产品中仍将被广泛应用。本文就单片机与 CPLD/FPGA的接口方式作一简单介绍,希望对从事单片机和CPLD/FPGA研发的朋友能有所启发。 单片机与CPLD/FPGA的接口方式一般有两种,即总线方式与独立方式,分别说明如下: 一、总线方式 单片机以总线方式与CPLD/FPGA进行数据与控制信息通信有许多优点。 ; (1)速度快
[单片机]
基于51单片机与CPLD/<font color='red'>FPGA</font>接口逻辑设计
芯片-封装协同设计方法优化SoC设计
  随着工艺节点和裸片尺寸不断缩小,采用倒装芯片封装IC器件的消费电子产品的数量日益增加。但是,倒装芯片封装制造规则还没有跟上工艺技术发展的步伐。   因此需要一种更精确、更高效的I/O接口设计方法,特别是针对倒装芯片设计的I/O接口设计方法。这种一体化芯片-封装协同设计方法应允许开展早期的可行性研究,还要能优化封装和芯片接口设计,同时能满足芯片和封装需要的严格约束条件。   目前,大多数倒装芯片设计公司都采用内部方法进行倒装芯片规划。这种方法主要利用电子表格捕获和存储设计输入和约束。公司自己开发脚本处理电子表格中的数据,并产生指令去指导设计实现。这种方法通常是从一个简单的系统开始,然后随着设计复杂性的提高,逐渐发展成为一套复
[嵌入式]
芯片-封装协同设计方法优化SoC设计
从四个方面区别arm与fpga
概念上 ARM是应用,FPGA是芯片设计,前者是软件,后面是硬件,ARM就像单片机,但是它本身的资源是生产厂家固定了的,可以把它看成一个比较优秀的单片机来使用。 而 FPGA 需要通过自己编程,让它具备一切你想让他具备的功能。比如,你想让它是一个计数器,或者只是一个非门,那么这个芯片就是一个非门,只不过是个很昂贵的非门。你也可以在一款内部资源充分的FPGA 上,让这颗FPGA 成为ARM芯片,并且加上你想要加上的外设,比如网络,内存控制,LCD,等等,只要资源够用! 从意义上 ARM是可以是一种处理器,利用ARM架构体系的处理器,里面整合了很多现成的硬件资源供你编程调用。比如运算器、串口、usb接口等各种现成硬件。可以通
[单片机]
从四个方面区别arm与<font color='red'>fpga</font>
一种基于ARM和FPGA的可重构MAC协议设计
0 引言 基于CSMA/CA的MAC协议的优势在于其简单和健壮性,适用于分布式网络,每个节点无需维持和动态更新周围相邻节点的状态信息,可以独自决定何时接入信道,只要上层有数据需要传输,MAC层就会对信道进行竞争,因此该协议的应用也相当广泛。嵌入式技术的发展对MAC协议的实现也提供了很好的技术支撑。本文搭建了一种基于ARM和FPGA相结合的嵌入式开发平台,并在此基础上设计与实现了基于CSMA/CA的MAC协议。由于ARM和FPGA本身就是可重构器件,同时将FPGA中的一些协议参数由ARM来设置,通过修改ARM的代码就可以实现对FPGA中协议功能的调整,方便快捷,不再需要重新生成比特文件下载,有利于MAC协议可重构的实现。 1 协议
[单片机]
一种基于ARM和<font color='red'>FPGA</font>的可重构MAC协议设计
深度观察,赛灵思新任全球总裁的三把火
1984年,赛灵思( Xilinx )公司成立,在公司共同创始人、首任CEO Jim Barnett的带领下,1985年发明了影响世界的可编程逻辑器件(Programmable Logic Category,PLC)--XC2064,自此开始了业内领跑者的职业生涯。第二任总裁Wim Roelandts在2007年卸任时将公司营收提升到18.10亿美元,第三任总裁Moche Gavrielov也保持着前两任总裁的成就,到2017年实现营收接近25亿美元。下面就随嵌入式小编一起来了解一下相关内容吧。 2018年一月,赛灵思迎来了第四任总裁VictorPeng。Victor Peng此前担任赛灵思COO(首席运营官),负责赛灵思公司全
[嵌入式]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved