MIL-STD-1553總線是美國20世紀80年代制定的第一個軍用數(shù)據(jù)總線標準，它是一種串行的數(shù)據(jù)總線。該總線標準自制定后廣泛應用于軍用飛機、車輛、船舶中，并鑒于其高可靠性和靈活性，逐漸應用在許多其他機動平臺上。

1553B是一種時分制指令/響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線，總線上的所有消息傳輸都由總線控制器發(fā)起，遠程終端對發(fā)出的指令應給予回答(響應)并執(zhí)行相關(guān)操作。這種方式非常適合集中控制的分布式處理系統(tǒng)。1553B總線通信系統(tǒng)是由總線控制器、遠程終端、總線監(jiān)控器三部分組成。一個通信總線上最多可以掛32個遠程終端，傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，對噪聲等干擾有很好的抑制能力。1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mb/s，在一次消息傳輸中最多可以傳送32個字，所有單次傳輸?shù)臅r間較短，具有很好的實時性。

在MIL-STD-1553總線通信系統(tǒng)中，總線接口板是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其中核心部分的接口電路是總線應用中的主要制約因素。在1553B總線得到廣泛應用的今天，國內(nèi)應用1553B總線協(xié)議的通信模塊的解決方案多采取基于進口1553B總線協(xié)議芯片來開展相關(guān)設(shè)計，如UT公司的UTl553B協(xié)議芯片、DDC公司的高級協(xié)議處理芯片BU-61580等，雖然這些芯片能夠完成協(xié)議功能，但價格昂貴、靈活性差，這些弱點在一定程度上限制了設(shè)計能力，因此提出一種新的基于嵌入式方法實現(xiàn)的1553B數(shù)據(jù)總線接口邏輯。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本文采用Xilinx公司的FPGA芯片作為協(xié)議處理核心器件，選用TI公司的TMS320C5510作為主處理器負責接收FPGA處理過的數(shù)據(jù)和調(diào)度FPGA的具體操作?？傮w方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 模擬收發(fā)部分電路設(shè)計

由于1553B總線上傳輸?shù)氖请p極性的差分信號，主處理器不能直接接收來自總線上的數(shù)據(jù)，所以需要信號調(diào)制解調(diào)及電平轉(zhuǎn)換電路。

電平轉(zhuǎn)換部分一方面將總線上傳輸?shù)碾娖叫盘栟D(zhuǎn)換成標準的CMOS電平供處理器使用，另一方面將處理器發(fā)出的CMOS信號變成總線標準進行傳輸。模擬收發(fā)器部分簡單地說就是將單極性曼徹斯特編碼和雙極性曼徹斯特編碼相互轉(zhuǎn)換。本文采用HOLT公司的HI -1567PSI，它是一款專門為MIL-STD-1553開發(fā)的模擬收發(fā)器，供電電壓為3.3V，通過隔離變壓器連接到總線上。HI-1567PSI是雙通道收發(fā)器結(jié)構(gòu)，因此要有兩個隔離變壓器與其相連接。

1.2 總線接口的數(shù)字通信部分

數(shù)字通信部分是1553B總線接口模塊的核心，完成協(xié)議數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，由可編程邏輯器件Virtex系列芯片和DSP芯片組成。FPGA芯片在模塊中起到1553B通道的作用，接收總線上送來的數(shù)據(jù)并根據(jù)協(xié)議進行處理之后送給處理器。FPGA模塊中開辟了足夠空間的FIFO存儲處理后的數(shù)據(jù)，當達到一定數(shù)量后，主處理器采用中斷的方式讀取FIFO中的數(shù)據(jù)。在本文的設(shè)計中，為了便于觀察實驗結(jié)果，將DSP接收到的數(shù)據(jù)送到串口上進行顯示。同樣地，DSP將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到FPGA開辟的另一個FIFO中，當每個數(shù)據(jù)編碼結(jié)束后通過狀態(tài)機程序產(chǎn)生FIFO信號的時鐘讀取下一個數(shù)據(jù)進行編碼，所以這里的FIFO采用的是異步的工作方式。

2 核心模塊功能分析

總線接口模塊最主要的部分是FPGA實現(xiàn)的功能，其總體功能如圖2所示。

圖2 FPGA功能圖

FPGA中最重要的部分是發(fā)送器和接收器，現(xiàn)將這兩部分的工作過程做簡要分析。