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《安徽電子信息職業技術學院學報》2016年第3期

摘要:

介紹了一款針對航空器上電子設備進行監測的系統的設計與測試方法。該系統可以完成數據的采集與傳輸、錯誤曼徹斯特碼生成、消息監聽等功能，其采用可編程邏輯器件（FPGA），在詳細分析1553B總線協議的前提下，采用硬件編程語言VHDL，完成功能邏輯部分設計。最后通過現有的1553B總線通信網，搭建硬件測試平臺，完成總體的設計實現與功能測試。

關鍵詞：

1553B總線；信息監聽；可編程邏輯器件；系統測試

一、引言

隨著航空業的飛速發展，飛行器上出現了越來越多的功能各異的電子終端設備，這些終端設備絕大部分是由不同的設計者設計生產出來的，那么由不同設計者設計生產的終端是否可以在同一個航空總線系統中實現完美融合呢？擁有眾多終端的總線系統上所傳輸的消息是否可以完整記錄？當總線系統中出現錯誤的編碼類型時，對終端是影響如何？這是飛行器設計制造者需要妥善解決的問題，并且也是眾終端設計生產者迫切想要知道的問題[1]。本系統可以完成數據采集與傳輸，通過測試后，就解決了終端與總線的融合問題；此外，系統還可以生成若干錯誤類型的曼徹斯特編碼，可以對總線上終端面對錯誤編碼的反應進行測試；最后系統與計算機相結合可以完成總線網絡的全信息監聽，為飛行器設計與制造提供有效數據。

二、總體設計

根據對系統的功能設想，系統的組成大致分為如下幾部分，如圖1所示：時鐘管理部分為中心邏輯器件提供時鐘信號；配置口主要實現對中心邏輯器件的配置；USB接口主要實現系統與計算機的連接；RT地址和功能選擇部分主要作用是選擇系統的功能和設置系統的終端號；A/D采集部分完成數據的采集，將模擬信號轉為數字信號；電源管理為系統各部分提供合適的電源；收發器和變壓器連通總線和中心邏輯器件；最后中心邏輯器件選擇FPGA。系統的數據流向主要有三條：其一，總線上數據經變壓器和收發器進入中心邏輯器件，經處理后通過USB接口傳至計算機，實現對總線的消息監聽；其二，模擬信號經A/D處理后存入中心邏輯器件，收到發送命令后，經收發器和變壓器發送至總線上；其三，收到發送錯誤碼命令后，中心器件直接發出錯誤碼，經收發和變壓器發送至總線，用以測試總線網絡中其余終端的反應[2]。

三、中心邏輯器件功能模塊設計

本設計選擇FPGA做為中心邏輯器件，中心邏輯器件功能模塊的設計及完成是系統實現的重點和難點，也是我們系統設計及實現最耗費時間的部分。FPGA中功能模塊大致有如下幾個：編碼器，主要是實現數據的曼徹斯特碼化，然后發至收發器；譯碼器，主要是實現從總線上得到的數據進行譯碼，分析出有效數據或命令；數據整合和緩存，主要是完成對數據的加標處理及緩存轉入計算機；協議處理模塊，主要是完成對命令字的解讀；數據采集模塊是可調整部分，可根據用戶要求靈活設計；錯誤數據發生模塊，主要是生成不同類型的錯誤編碼。具體劃分如圖2所示[2]。

四、仿真測試

系統的仿真測試平臺主要由北京神州飛航科技有限責任公司生產并銷售的AEC1553-31RT/S2型通信板卡和總線耦合器、耦合電阻搭建而成，通信板卡和總線耦合器、耦合電阻、計算機形成了一個小型的航空總線網絡，我們可以利用這個網絡，測試系統的總線監聽功能，測試現場圖如圖3所示；另外中心邏輯器件FPGA中的各功能模塊的測試主要利用QuartusII軟件內嵌的在線信號分析工具SignalTapII，該模塊可以讓使用者實時、在線觀測到相關模塊的工作運行情況，例如圖4所示；緩存模塊FIFO的主要信號測試數據表明：觸發信號為rdreq,檢測時鐘為讀時鐘，wrusedw有效說明存儲容量半滿，其值為80H時，給出讀時鐘和讀使能，在以后每一個時鐘讀出16位并行數據。最后，對于系統的錯誤碼發生功能，可以通過示波器直接觀察，確認其錯誤類型。根據以上測試方法，測試后系統達到設計要求。

五、結論

該系統設計功能多樣，隨著航空業的發展，其應用面也會越發廣泛，并且系統中有一部分可以根據用戶要求進行靈活設計，適應度高。但是本設計仍然存在一定的不足：其一，功能選擇，終端地址配置靠硬件實現，更改不靈活，該部分在未來可以結合配套軟件做出設計修整；其二，數據采集設計，因為沒有參考具體的用戶要求，暫時應用邏輯器件片內存儲，導致容量小，可以結合具體要求增添片外存儲器，擴大容量；第三，錯誤編碼以字為主，未能拓展至消息類型，尚有較大發展空間。隨著更大的需求和更廣的應用，系統的設計將會越來越完善，功能也將越來越強大。

參考文獻：

[1]張義，張紅旗．1553B數據總線用電纜阻抗的測試方法[J].光纖與電纜及其應用技術，2014，（3）.

[2]牛茜．基于FPGA的1553B總線監測系統設計[D]．太原：中北大學，2011．

[3]王誠，吳繼華，等．AlteraFPGA/CPLD設計（基礎篇）[M]．北京:人民郵電出版社，2005．

[4]夏宇聞.Verilog數字系統設計教程[第二版][M].北京:北京航空航天大學出版社，2008.

[5]陜西恒立電子有限責任公司.美國軍用1553B協議中文翻譯資料.2000.[6]

作者:牛茜 單位:山西機電職業技術學院