某機載數(shù)據(jù)傳輸設備(以下簡稱：機載數(shù)傳設備)主要用來完成空-空、空-地數(shù)據(jù)信息的傳輸,，與HF或U／VHF頻段電臺配合使用,，將專用計算機發(fā)來的待傳信息，經(jīng)過差錯控制編碼后,，經(jīng)電臺調(diào)制,、發(fā)射；對電臺接收機送來的數(shù)據(jù),，進行校正,、糾錯和譯碼，還原成原始信息,，傳輸給專用計算機(CUB)處理,。要想實現(xiàn)對機載數(shù)傳設備的自動檢測，最重要的是要模擬實現(xiàn)機載數(shù)傳設備與機載專用計算機的通信協(xié)議,。本系統(tǒng)就是為了滿足某部隊大修廠的急需,，設計實現(xiàn)了某機載數(shù)傳設備與機載專用計算機之間的ARINC429通信協(xié)議。
1 系統(tǒng)硬件原理
本系統(tǒng)利用Altera公司的FPGA芯片(EP2C8QPF208),，設計了該機載數(shù)傳設備在機載環(huán)境中同機載計算機之間的ARINC429通信協(xié)議模塊,，實現(xiàn)一發(fā)一收。在FPGA上利用SoPC技術(shù),，PC機通過與基于NiosⅡ的UART通信,，由ARINC429通信協(xié)議模塊實現(xiàn)RS 232通信協(xié)議與ARINC429通信協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換，從而模擬機載計算機提供測試激勵,，完成與設備的信息交換,。
2 ARINC429通信協(xié)議介紹
ARINC429是一種在航空電子綜合系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)字式傳輸總線規(guī)范,，該通信協(xié)議是雙極性歸零碼的一種，在一個ARINC429字中包含32位,，ARINC429數(shù)據(jù)傳輸是以電脈沖形式發(fā)送的,。一個電脈沖就是1位。一個數(shù)據(jù)字傳輸1個參數(shù),，如速度,、溫度等。兩個數(shù)據(jù)字之間有4位間隔,，這個間隔也作為字同步用,，跟在這一間隔后面發(fā)送的第1位，表示另一個新的數(shù)據(jù)字的開始,。每個數(shù)據(jù)字的32位數(shù)據(jù)是以雙極歸零碼的形式發(fā)送出去的,。數(shù)據(jù)的發(fā)送是先發(fā)送高位再發(fā)送低位。
3 基于FPGA的ARINC429發(fā)送模塊的實現(xiàn)
在FPGA上利用SoPC技術(shù)實現(xiàn)與PC機的串口RS 232通信,，然后在FPGA上實現(xiàn)將PC機通過RS 232傳過來的激勵信息先緩存,，再轉(zhuǎn)換成ARINC 429的協(xié)議信息并以一定時鐘速率發(fā)給設備。
ARINC429發(fā)送模塊在QuartusⅡ8．0開發(fā)環(huán)境中設計實現(xiàn)如圖1所示,。
ARINC429發(fā)送模塊設計實現(xiàn)原理為：在FPGA中由NiosⅡ處理器通過UART串口接收PC機發(fā)過來的原始ARINC429信息字,。在接收過程中，將這些字先緩存在FIFO發(fā)送緩存器dcfifo0中,。等完全接收控制,、數(shù)據(jù)信息后，再經(jīng)由bc模塊將緩存中待發(fā)送的控制,、數(shù)據(jù)信息，通過設計的狀態(tài)機按ARINC429信號時序串行發(fā)送,。并在與非門電路的配合下模擬發(fā)送ARINC 429信號對應的兩路差分TTL信號a,，b。最后通過在FPGA外部設計的模擬電路(如圖2)將兩路差分TTL信號a,，b轉(zhuǎn)換成ARINC429信號,。
在QuartusⅡ8．O中編譯并仿真發(fā)送模塊，仿真結(jié)果如圖3所示,。
在示波器最終測得ARINC429發(fā)送模塊產(chǎn)生的信號波形,，如圖4所示。
4 基于FPGA的ARINC429接收模塊的實現(xiàn)
該模塊實現(xiàn)了將數(shù)傳設備發(fā)過來的ARINC429信息先通過光耦電路分解成兩路差分信號,，即將ARINC429電平轉(zhuǎn)換成兩路差分FTL電平信號a,，b，然后在FPGA上緩存接收,，等接收完畢后,，再經(jīng)由串口RS 232發(fā)給PC機進行數(shù)據(jù)處理以進行設備檢測,。
ARINC429接收模塊在QuartusⅡ8．O開發(fā)環(huán)境中設計實現(xiàn)，如圖5所示,。
各個模塊的具體設計如下：
(1)RS觸發(fā)器SRFF可直接在SoPC Builder中調(diào)用,，32位移位寄存器由32個D觸發(fā)器級聯(lián)產(chǎn)生。
(2)接收FIFO緩存器dcfifo1的定制過程與發(fā)送緩存器的定制過程相同,，并且根據(jù)FPGA資源利用情況也設置dcfifo1為2 KB,。
(3)ARINC模塊為字間隔、幀結(jié)束檢測模塊,。該模塊在QuartusⅡ8．0開發(fā)環(huán)境中利用VHDL語言進行設計,，程序核心代碼如下：
在QuartusⅡ8．O中編譯并仿真發(fā)送模塊，仿真結(jié)果如圖6所示,。
5 結(jié)語
該設計充分利用了FPGA硬件可編程性,，實現(xiàn)了ARINC429通信協(xié)議軟件算法硬件化，大大提升了ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的實時性和可靠性,，從而實現(xiàn)了該數(shù)傳設備自動檢測系統(tǒng)檢測速度快,、集成度高、可靠性強的特點,。