基于FPGA與RS422的MⅢ總線轉換板的設計與實現

機載數據總線技術是現代先進飛機電傳操縱系統和航空電子綜合化最重要的關鍵技術之一，它是計算機網絡技術在航空電子底層的具體實現，決定著飛機性能和航電系統綜合化程度的高低。本書從數據總線技術基礎、計算機網絡OSI七層參考模型兩方面介紹了機載數據總線的基礎技術，用于民用飛機上的ARINC-429、AmNC-629和CSDB機載數據總線，以及應用于軍用飛機上的MIL-S1D-1553B、MIL-STD-1773、STANAG3838/3910機載數據總線，線性令牌傳遞總線LTPB、光纖分布式數據接口FDDI和航空電子統一網絡中可變規模互連接口SCI,光纖通道FC,以及目前最新全雙工交換式以太網AFDX,全面分析了它們的技術特點、協議規范、拓撲結構及通信接口設計方法，并給出了典型的應用實例。

該轉換卡采用Top-Down自頂向下的設計方法，并綜合嵌入式可配置微處理器技術，來對系統進行模塊化設計。頂層模塊則采用圖形設計方式，底層模塊由VerilogHDL語言描述，并利用Quartus lI完成仿真及綜合，然后在ALTERA公司的Cyclone II系列EP2C40芯片來實現。此設計提升了系統的處理速度和穩定性。降低了系統的功耗和成本。

1 MIII總線介紹

MIII總線是某型飛機火控電子設備的專用數據通信總線，又稱第三級總線。MIII總線是單向地址、雙向數據、半雙工通信總線。

MIII總線的接口邏輯信號與電信號之間的邏輯關系是：邏輯“1”對應邏輯高電平；邏輯“0”對應邏輯高電平。

MIII總線接口信號線根據功能可分為三組，即數據通信總線、地址通信總線和信號控制總線。其中，數據通信總線包括0pKlK2～15pKlK-2;地址通信總線：0pAl～15pAl。總線的“輸入”表示從MIII總線轉換板向某飛機火控設備輸出數碼標志，“輸出”則表示從某飛機火控設備向MIII總線轉換板輸入數碼標志。MIII的A1地址選通主要用于跟蹤地址數據與選擇設備，外部寫選通則用于在從MIII總線轉換板向某飛機火控設備傳輸數據和地址時的數碼跟蹤。外部接收選通則用于在從某飛機火控設備向MIII總線轉換板傳輸數據時的數碼跟蹤。

2 RS422通信協議

目前通用的串行通信接口標準主要有RS 232，RS 422和RS 485，其中RS 232屬于單端不平衡傳輸協議，傳輸距離短，抗干擾性差；RS 485與RS 422均為平衡通信接口，但RS 485他只有一對雙絞線，工作于半雙工模式。RS 422屬于一種平衡通信接口，采用全雙工通信模式，傳輸速率高達10 Mb/s，傳輸距離長2 000 m，并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器[1]。由于該類電路的優異性能，RS 422接口芯片已廣泛應用于工業控制、儀器、儀表、多媒體網絡、機電一體化產品等諸多領域。

3 轉換板總體設計

MIII總線轉換板的總體結構如圖l所示，由接口電平轉換電路、總線接口控制邏輯、雙口存儲器和RS422轉換模塊組成。其中總線接口控制單元主要用于地址和數據的收發和寄存，以及接口控制信號和驅動信號的產生等；雙口存儲器RAM用來存放數據和地址，包括MIII總線發送的數據以及PC機發送到MIII總線上的數據和地址；接口電平轉換電路由單雙向驅動電路芯片組成，該電路的作用是提供符合MIII總線要求的驅動電平信號。