基于SOPC 的1553B 总线接口逻辑设计

摘要:针对1553B 总线协议控制器基本依赖于进口专用芯片现状，提出了以Xilinx 公司Virtex-II Pro FPGA 为核心实现1553B 总线接口逻辑的系统设计方案。采用SOPC 技术，将PowerPC 405 硬核处理器与总线接口逻辑集成在一片FPGA 上，从而使系统集成度高、功能强大、扩展性强。通过测试表明，系统工作稳定可靠，满足1553B 总线协议标准。

1 引言

数据总线是飞机航电系统中首先运用的数字电子设备之一，MIL-STD-1553B 就是其典型代表，它利用一条屏蔽的双绞线进行带有时钟信息的数据传输。1553B 具有高可靠性的特点，它已经成为我国航空航天领域广泛采用的军用总线标准。由于1553B 总线协议控制器基本依赖于进口的专用芯片，价格昂贵，还受到限制，并且这些芯片需要很多外围的硬件电路配合工作，如果完成整个总线接口板的设计，还需要单独的MCU，集成度不高，这样就在某种程度上限制了设计能力。随着嵌入式技术的发展，可编程片上系统设计(System on aProgrammable Chip,SOPC)技术已经在很多领域得到实际应用。本文采用SOPC 技术，以Xilinx 公司的Virtex-II Pro FPGA 为核心，实现1553B 总线传输协议的接口逻辑设计。

2 1553B 数据总线传输协议简介

现在广泛采用的 1553B 标准是根据1973 年军标1553 原版基础上发展而来的。1553B是一种集中控制式、飞机内部时分指令/响应型多路串行数据总线标准，具有高可靠性和灵活性，已经成为现代航空机载系统设备互联的关键技术，广泛应用于飞机、舰船等武器平台上。1553B 数据总线的传输速率为1Mbps，协议规定3 种字：命令字、数据字和状态字。字的长度为20 个bit，且由3 部分组成：同步头(3bit),消息块(16bit)和奇偶位(1bit)。信息量最大长度为32 个字。总线系统由一个总线控制器(BC)与不多于31 个的远程终端(RT)组成，有时系统中还可以加入总线.(MT)，由于终端类型的不同，可辨别出命令字和状态字，命令字由BC 发出，而状态字则由RT 发出。总线上传输的信息格式主要有BC 到RT，RT到BC，RT 到RT，广播方式和系统控制方式。

3 系统结构及功能

系统采用 Xilinx 公司的Virtex-II Pro XC2VP30 FPGA 为核心，其内部带有2 个PowerPC405 处理器核。总线接口协议实现是基于Xilinx Virtex-II Pro 开发系统平台的，Virtex-II Pro开发平台是整个系统的核心，可以快速的搭建1553B 总线实现平台。系统的硬件平台主要由Virtex-II Pro 开发板、总线转换器、总线终端设备和PC 机构成，系统结构如图1 所示。

在系统的开发中，为了提高开发效率，同时系统主要验证的就是1553B 总线协议模块，因此可以充分利用Xilinx 公司的Virtex-II Pro 开发板。开发板上具有丰富的资源，主要包括：XC2VP30 芯片、SDRAM(可以扩展到2GB)、高速SelectMAP FPGA 配置PROM、RS232 串口、嵌入平台的USB 配置端口、高速系统扩展接口(与FPGA 的I/O 管脚相连)并可选择差分或单端模式、PS2 接口、AC97 音频接口、板上10/100M 以太网设备等等。这些丰富的板上资源为1553B 总线协议逻辑的开发提供了支持。

1553B 总线协议开发主要在FPGA 芯片中开发，因此FPGA 本身性能的好坏将影响系统的开发。XC2VP30 内部具有两个PowerPC 405 处理器核、13969 个Slices、分布式RAM 为428Kb、136 个乘法器单元、块RAM 为2448Kb、8 个DCM、8 个多吉比特收发器。由此可见，系统选用的FPGA 完全可以满足1553B 总线逻辑开发的需求。基于Xilinx 公司的Virtex-IIPro 开发板搭建起来的1553B 总线开发平台共分为4 个部分。其中各部分的功能说明如下：Virtex-II Pro 开发板：主要完成与PC 机通信功能，接收或向总线终端设备发送数据并将其转换成1553B 总线协议格式。

PC 机：系统通过PC 机对整个系统运行进行控制，如开始、运行、结束等命令都是通过PC 机由串口发送给开发板。

总线终端设备：采用单片机作为总线终端设备的核心，它与 FPGA 采用8 位并行数据总线进行数据传递。由总线终端设备向开发板发送数据，通过1553B 总线协议模块转换成协议格式，同时1553B 总线协议模块也可以接收来自总线的数据，并将其转换成总线终端设备可以接收的数据格式，总线终端设备通过判断发送数据与接收数据，可以确定

1553B 总线协议转换模块的有效性。

总线转换器：由于 1553B 总线上传输的是双极性的差分信号，因此，开发板在收发数据时首先要进行电平转换以及相应的调制解调，总线转换器就是完成这部分功能的。

4 1553B 总线接口逻辑的SOPC 设计

SOPC 的开发过程与传统的嵌入式系统设计不同，可以分为硬件开发和软件开发两个流程