课程设计（论文）-基于fpga的1553b航空总线协议接口芯片设计

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1、基于FPGA的1553B航空总线协议接口芯片设计摘要：针对以往1553B航空总线接口电路管理复杂、体积较大、功耗较高、成本较高、难以重新编程修改、无法适应不同环境多种机体等问题，本文提出利用FPGA的可移植性、高度集成性、在系统可编程等性能优势，设计基于FPGA的1553B总线接口芯片。在QuartusII上，采用VHDL语言进行了该接口芯片曼彻斯特编码器设计；曼彻斯特解码器设计；曼彻斯特数据编码控制与监视器设计，分析数据字的命令并进行相应控制及监视，以提高可控制性；曼彻斯特解码控制与监视器的设计，分析数据字工作方式

2、，及时反馈错误，并实现控制与监视，以提高可靠性。实验结果表明，基于FPGA的1553B总线接口芯片的各模块设计符合要求，能对数据进行正确的曼彻斯特编码、解码，能对命令进行正确的分析处理等。应用FPGA进行设计，可获得自主知识产权且性能正确可靠的航空总线接口芯片，并具备在系统可编程等特点。关键词：1553B航空总线接口芯片FPGAVHDL曼彻斯特编码曼彻斯特解码-16-目录1引言-1-2基于1553b总线协议的系统概述-2-2.11553b总线协议概述-2-2.2系统功能分析及顶层规划描述-3-3系统各模块的设计-4-

3、3.1曼彻斯特解码器模块-4-3.1.1曼彻斯特解码器设计流程及实现-4-3.1.2曼彻斯特解码器状态机-6-3.1.3曼彻斯特解码器模块的VHDL实现-7-3.2曼彻斯特编码器模块-8-3.2.1曼彻斯特编码器设计流程及实现-8-3.2.2曼彻斯特编码器模块的VHDL实现-10-3.3曼彻斯特解码采集控制器设计-12-3.4曼彻斯特编码采集控制器-13-4仿真图形及实验结果-14-4.1曼彻斯特解码器的仿真实验结果-14-4.1.1同步字检测的仿真实验结果-14-4.1.2曼彻斯特解码器的仿真-14-4.2曼彻斯特

4、编码器的仿真实验结果-15-5外围硬件电路-15-6结论-17-参考文献-17-致谢-18--16-1引言MIL-STD-1553B总线协议是一种集中控制式、时分指令/响应型多路串行数据总线标准，具有高可靠性和灵活性，已经成为现代航空机载系统设备互联的最有效解决方案。现已广泛应用于飞机、舰船、坦克等武器平台上，并越来越多的应用于民用领域。基于现场可编程门阵列(FPGA)核心的MIL-STD-1553B航空总线的设计与实现体现了现代航空电子设计的新思路与方法。此项技术具有多种优势：如废弃组件管理、降低设计风险、提高集成

5、度、减小体积、降低功耗和提高故障平均间隔时间(MTBF)等[6],吸引着用户将原来的系统转移到此项技术。在高要求的军用设计中，每项设计模块的设计空间、功耗和重量都必须减少。特别对于军用航空方面，满足这些要求至关重要。由于上述要求直接作用于芯片级别，若使用单一的传统芯片，体积减小后会对多项板卡的要求降低，从而导致外壳封装，元件固定，器件冷却等要求降低。相反的，如若添加组件，必然增加故障发生概率。如若利用基于现场可编程门阵列(FPGA)来减少芯片数量固然有助于降低误码率，缓解这些问题。过去,典型的1553B系统一般都由多

6、个COTS组件构成MIL-STD-1553B总线的I/O通常由单一来源的带有内部处理功能的ASIC提供,这种内部处理可提供消息处理与缓冲以及对MIL-STD-1553比特流进行编解码等。ASIC中可能含有也可能没有向MIL-STD-1553总线提供物理接口的收发器组件。每个ASIC为一个双冗余MIL-STD-1553通道提供此功能。所以支持多个MIL-STD-1553通道的系统就需要多个ASIC和收发器。与每个MIL-STD-1553总线的连接是通过板载变压器实现的。最后,由一个或几个可编程的FPGA设备将MIL-S

7、TD-1553ASIC连接到主系统,并提供更多的系统功能,如其它I/O、存储器访问和处理器接口等。[6]　　FPGA通常以逻辑单元或门来度量。有多种形式架构,并提供了丰富的I/O引脚可供使用。FPGA还可提供内部存贮器。现代FPGA海量的存贮和功能使其成为MIL-STD-1553设计最理想的选择其核心为预先定义的、且经过测试的功能,这些功能可以应用到FPGA设中。其主要优势还有：1)-16-线性局域网络结构，减少了电缆、所需空间和系统的重量，便于维护，易于增减节点，提高设计灵活性1)支持多种节点2)高水平的电气保障性

8、能3)良好器件可用性4)保证实时可确定性，其命令/响应的协议方式确保了其实时可确定性【4】2基于1553b总线协议的系统概述2.11553b总线协议概述1553B总线协议是由美国军方在20世纪70年代制定的，在航空、航天、军事等领域应用广泛．协议采用双向曼彻斯特码，数据在总线上以串行脉冲形式传输，传输速率为1Mb／s．协议规定的信息字类型有3种