基于DSP+FPGA的1553B总线接口通讯模块的研究和应用

摘要

随着我国国防现代化建设进程的不断深化，MIL-STD-1553B标准总线已经广泛应用于各种军事应用领域。MIL-STD-1553B标准总线是我国上世纪八十年代引进的一种现代化通讯总线，国内称为GJB289A-97。该总线技术以其高稳定性和使用灵活等特点成为现代航空电子综合系统所广泛采用的通讯总线技术。 1553B总线接口模块作为总线通讯的基本单元，其性能成为影响航电综合系统整体性能的一个关键因素。目前国内关于1553B总线通讯模块的对外接口类型较多，而基于嵌入式处理芯片的接口设计并不多见。嵌入式设备具有体积小、重量轻、实时性强、功耗小、稳定性好以及接口方便等优点。 基于以上考虑，论文中提出了以DSP+FPGA为平台实现MIL-STD-1553B总线的收发控制，通过收发控制器和变压器实现MIL-STD-1553B总线的电气连接。根据项目需求，设计分为硬件和软件两部分完成。在对MIL-STD-1553B总线协议进行详细研究后提出了总体设计方案原理图。再根据方案需求设计各功能模块。使用硬件描述语言VHDL对各功能模块进行逻辑和行为描述，最终实现在FPGA中，使其能够完成1553B数据码的接受、发送、转换和与处理器的信息交换等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C语言进行软件的编译，使其实现总体控制和通讯的调度等功能。 该方案经过实际参与1553B总线通讯系统验证实验，证明各项技术指标均达到预定的目标，可以投入实际应用。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1数字多路数据总线的应用背景

1.2 MIL-STD-1553B总线的优点与发展状况

1.2.1 1553B总线的优点

1.2.2 1553B总线技术的发展情况

1.3论文的主要研究目标与相关工作

1.4论文的内容安排

第二章总体设计方案与关键应用技术

2.1总体设计方案概述

2.1.1 1553B总线的系统结构

2.1.2总线通讯接口模块设计概述

2.2 1553B总线技术解析

2.2.1 1553B总线的字

2.2.2 1553B命令字

2.2.3 1553B数据字

2.2.4 1553B状态字

2.2.5 1553B消息传输格式

2.3数字信号处理器DSP技术

2.4可编程逻辑门阵列FPGA技术

第三章接口模块的设计与实现

3.1 FPGA硬件电路原理

3.1.1总线控制器模式(BC)

3.1.2远程终端模式(RT)

3.2 FPGA内部功能划分

3.3 FPGA设计指标

3.4模拟收／发器

3.4.1变压器耦合

3.4.2终端特性

3.4.3模拟收发器电路设计

3.5曼彻斯特编解码

3.5.1曼彻斯特编码

3.5.2曼彻斯特解码

3.5.3曼彻斯特编解码模块

3.6 SDRAM控制器

3.7 BC、RT数据存储的格式

3.8总线控制器模式(BC模式)

3.8.1 BC内部各模块工作流程

3.8.2 BC存储格式

3.9远程终端RT设计

3.9.1 RT内部各模块工作流程

3.9.2 RT存储格式

3.10 BC和RT对共有资源的协调

3.11实时时钟RTC的设计与实现

3.12 MIL-STD-1553B双冗余总线的协调

3.13 PCI Local Bus接口

3.14主处理器TMS320F2812

3.14.1主处理器与FPGA的接口电路设计

3.14.2 DSP系统时钟的设计

3.15数字量I／O

3.16串行通信接口SCI

第四章软件系统

4.1软件部分的编译平台简介

4.2 DSP程序的主要功能

4.3 DSP应用程序设计概述

4.3.1 BC工作模式

4.3.2 RT工作模式

4.3.3数字量IO

4.3.4串口

4.3.5 DSP程序列表

4.4 DSP程序的基本结构设计

4.4.1 BC控制字结构

4.4.2 BC消息描述块结构

4.4.3 BC消息发送结构

4.4.4 BC消息接收结构

4.4.5 BC发送帧结构

4.4.6 BC接收帧结构

4.4.7 BC消息重试结构

4.4.8 BC消息重试通道选择

4.4.9 BC消息和帧处理当RT状态字低11位为置位

4.4.10 BC消息和帧处理当消息出错

4.5宿主机应用软件WINDOWS驱动

4.6宿主机应用程序

4.6.1应用程序说明-总线控制器(BC)操作

4.6.2应用程序说明-远程终端(RT)操作

第五章接口模块的总线系统通讯验证

5.1测试系统的设计

5.2板卡的功能验证

5.2.1 1553B总线的BC和RT功能

5.2.2总线控制器到远程终端的传输(BC→RT)

5.2.3远程终端到总线控制器的传输(RT→BC)

5.2.4远程终端到远程终端的传输(RT→RT)

5.2.5广播格式总线控制器到各远程终端的传输(BC→RTs)

5.2.6带数据字的方式指令(发送)的传输

5.2.7数字量IO的实验验证

5.3本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢