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    基于DSP的1553B總線通訊檢測儀的設(shè)計方案

       2011年04月21日 15:57  
      MIL-STD-1553B是一種時分制,命令/響應(yīng),集中控制式多路傳輸?shù)陌腚p工串行數(shù)據(jù)總線,其傳輸速度為1Mb/s,字長為20b,數(shù)據(jù)有效長度為16b,信息量zui大的長度為32個字。其信息格式有總線控制器BC(BusController)到遠程終端RT(RemoteTerminal),RT到RC,RT到RT,廣播式和系統(tǒng)控制式。
      
      MIL-STD-1553B總線協(xié)議已經(jīng)發(fā)展成為*的數(shù)據(jù)總線標準,廣泛地應(yīng)用于航空電子綜合系統(tǒng)中,目前國內(nèi)外開發(fā)的各種1553B總線采集卡,大多采用的是美國DDC公司生產(chǎn)的BU-6150接口芯片,但是該芯片價格比較昂貴,開發(fā)成本較高,另許多商家望而興嘆。本文介紹的基于DSP的1553B總線通訊模塊的設(shè)計,采用TI公司TMS320F206DSP芯片進行數(shù)字信號處理,用FPGA進行現(xiàn)場反復(fù)編程,降低了設(shè)計成本,滿足了1553B通訊模塊的開發(fā)需求。
      
      1、TMS320F206的簡介
      
      該1553B總線通訊模塊的DSP采用TI公司的TMS320F206,用來實現(xiàn)1553B總線協(xié)議的主體部分,實現(xiàn)字和消息的處理等功能,TMS320F206是TI公司近年來推出的一種性價比較高的定點DSP芯片,采用靜態(tài)CMOS集成電路工藝制造而成,DSP芯片*的哈佛結(jié)構(gòu)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址、獨立訪問,兩條總線可允許數(shù)據(jù)與指令的讀取同時進行,從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍;的指令集提供了功能強大的信號處理操作。TMS320F206主要特點如下:
      
      (1)5V工作電壓,20MHz主頻時,指令周期50ns;3個外部引腳中斷;8級內(nèi)部硬件堆棧,存放調(diào)用/中斷返回地址;硬件等待;休眠的IDLE模式,低功耗;標準的IEEE1149.1仿真口。
      
      (2)片內(nèi)64k程序空間,64k數(shù)據(jù)空間,64kI/O空間,32k全局存儲空間,片內(nèi)544×16b雙尋址RAM,32k×16b用戶可編程FLASH,作為程序空間,4k×16b單尋址RAM,程序空間和數(shù)據(jù)空間之前可以進行數(shù)據(jù)搬移。
      
      (3)片內(nèi)16b定時器,片上軟等待產(chǎn)生器,可以分別為程序空間,數(shù)據(jù)空間,I/O空間產(chǎn)生0-7個等待,片上振蕩器和鎖相環(huán)有倍頻和分頻功能,32b算術(shù)邏輯單元/累加器,16×16b乘法器,全雙工異步串口UART,增強的同步串口,帶4級FIFO。
      
      2、系統(tǒng)的組成框圖和工作原理
      
      檢測儀采用單片機技術(shù),可編程邏輯器件(FPGA)技術(shù),數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù),結(jié)合1553B總線收發(fā)技術(shù)研制而成。既可以對單個航空電子設(shè)備進行離線檢測,也可對飛機的整個總線的運行和各個記載設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸進行在線檢測。檢測儀整體采用個人數(shù)字助理(PDA)技術(shù),數(shù)據(jù)輸入、輸出、處理、控制、顯示等均集中在檢測儀。
      
      系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
      
      從數(shù)據(jù)信號流程方面:收數(shù)據(jù)時,外部數(shù)據(jù)送到收發(fā)器進行電壓轉(zhuǎn)換后,成為一組20b的串行數(shù)據(jù),經(jīng)過FPGA芯片EP20K200處理成16b并行數(shù)據(jù)經(jīng)擴展口送到DSP處理,然后經(jīng)雙口RAM進行數(shù)據(jù)緩存,需要顯示數(shù)據(jù)時,單片機CPU對雙口RAM送來的16b并行數(shù)據(jù)進行分析存儲,按要求轉(zhuǎn)換成十六進制,二進制或者工程單位制送顯示器顯示,發(fā)數(shù)據(jù)時,CPU將鍵盤輸入的數(shù)據(jù)按照十六進制、二進制或者工程單位制經(jīng)轉(zhuǎn)換后送雙口RAM緩存,DSP從雙口RAM讀入數(shù)據(jù),預(yù)處理后送EP20K200,EP20K200再進行轉(zhuǎn)換處理,輸出一組20b的串行數(shù)據(jù)到收發(fā)器,經(jīng)變壓耦合成符合1553B標準要求的串行數(shù)據(jù),再經(jīng)收發(fā)接口發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上。
      
      3、硬件電路設(shè)計
      
      3.1接收器和發(fā)送器
      
      1553B航空電子系統(tǒng)中,各終端設(shè)備與總線之間采用的是耦合的方式,分為變壓器耦合和直接耦合,采用的美國DDC公司的BU-63152芯片,具有兩個*獨立的雙余度端口,*1553B總線收、發(fā)的要求,接收器操作模式下,在引腳STROMB控制下,數(shù)據(jù)被變成雙向的TTL電平,從RXDATAOUT和其非腳輸出到下一級譯碼電路,發(fā)送器操作模式下,在引腳INHIBIT控制下,發(fā)送器部分從編碼電路接收數(shù)據(jù),發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上。
      
      3.2FPGA模塊
      
      將FPGA技術(shù)與數(shù)字信號處理DSP技術(shù)相結(jié)合是現(xiàn)代電子設(shè)計中常用的方法,該模塊中的FPGA芯片接口主要實現(xiàn)以下功能:
      
      (1)將總線上的串行信息流轉(zhuǎn)換成處理機可以處理的并行信息或者與之相反;
      
      (2)接收或發(fā)送信息時,能夠識別或生成標準的1553B信息字和消息。
      
      (3)完成與處理機之間的信息交換,包括1553B信息地址的分配,命令字(或狀態(tài)字)的譯碼或返回狀態(tài)字、發(fā)送數(shù)據(jù)字等。
      
      用FPGA實現(xiàn)編解碼器,其基本功能與前面提到的BU-61580芯片相似,是該1553B總線檢測儀的關(guān)鍵技術(shù)。
      
      3.3DSP模塊
      
      TMS320F206是TI公司近年推出的一款設(shè)計成本zui低,結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜度也較低的定點DSP,片內(nèi)32kFLASH,4.5kRAM可以滿足處理規(guī)模適中的任務(wù),該檢測儀中DSP模塊的設(shè)計主要是對時鐘電路,中斷以及數(shù)據(jù)和地址總線的接口技術(shù)的把握,其主要接口電路如圖2所示。
      
     
      由DSP接口電路圖可以看出,DSP模塊為整個系統(tǒng)提供了時鐘電路,DSP芯片的中斷由EP20K200產(chǎn)生,一方面通知F206讀取數(shù)據(jù),一方面通知DSP進行錯誤處理,由于DSP芯片的流水線操作方式,數(shù)字信號處理速度功能強大,滿足了1553B協(xié)議傳輸速率大的特點。
      
      3.4雙口RAM和顯示模塊
      
      由于在高速數(shù)據(jù)處理和采集系統(tǒng)中容易造成數(shù)據(jù)堵塞現(xiàn)象,高速數(shù)據(jù)接口的設(shè)計對整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩ㄆ鹬匾淖饔茫撛O(shè)計中采用的美國DDC公司的8k雙口靜態(tài)RAMIDT7025解決了數(shù)據(jù)堵塞的問題。
      
      在該設(shè)計中顯示模塊采用了一種內(nèi)存接顯示模塊的硬件連接方式。DSP將欲顯示的數(shù)據(jù)送入雙口RAM,51單片機不斷掃描內(nèi)存,根據(jù)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的處理,不斷刷新顯示屏上的內(nèi)容,雙口RAM的BUSY信號線為避免左右端口同時對同一存儲單元寫操作提供了硬件支持。設(shè)計中液晶顯示模塊采用16×16點陣的中文顯示模塊。
      
      4、系統(tǒng)軟件設(shè)計
      
      該1553B航空電子總線檢測儀軟件設(shè)計主要包括3大部分,用以驅(qū)動數(shù)據(jù)采集板卡,完成對各寄存器的配置,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)檢測。
      
      4.1FPGA控制程序
      
      該部分采用硬件描述語言VHDL進行編程,用Synplify進行綜合,以及采用Max+PlusII進行時序仿真,在FPGA上實現(xiàn)的MIL-STD-1553B總線接口中的曼徹斯特碼編碼、解碼器,該邏輯可由狀態(tài)機實現(xiàn),可劃分為4個狀態(tài)進行;第1個狀態(tài)行是空閑狀態(tài),當檢測到數(shù)據(jù)跳變沿時,進入第2個狀態(tài);第2個狀態(tài)為有效同步字頭檢測狀態(tài);當檢測到有效同步字頭時,啟動第3個狀態(tài),用鎖相環(huán)分離時鐘,進行碼型轉(zhuǎn)換;當數(shù)據(jù)有效時進入第4個狀態(tài),進行并/串轉(zhuǎn)換及奇偶校驗。FPGA接收數(shù)據(jù)流程如圖3所示。
      
      4.2DSP模塊控制程序
      
      DSP部分的軟件采用C語言和匯編語言混合編程,即具有C語言可移植性強的特點,又具有匯編語言執(zhí)行速率快和直觀的特點,該設(shè)計中DSP軟件設(shè)計主要完成對FPGA和其內(nèi)部通訊寄存器初始化;向FPGA發(fā)送數(shù)據(jù)時的控制命令操作,接受數(shù)據(jù)時命令字,狀態(tài)字的處理,以及通知FPGA接受數(shù)據(jù)等,是整個系統(tǒng)控制的核心部分。圖4給出DSP軟件控制流程圖。
      
      5、結(jié)語
      
      基于1553B總線的航空電子檢測儀主要用于*航空電子設(shè)備在線和離線檢測,同時滿足BC和RT的功能,PDA的設(shè)計對檢測也提供了極大便利,當然由于設(shè)計處于樣機階段,還存在一些不完善的地方,今后的改進空間還比較大。
      
      作者簡介:朱明君朱俊,*工程大學(xué)陜西西安。李倫,*95430*四川成都。
      
      來源:電子查詢網(wǎng)

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