基于DSP的1553B總線通訊檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[圖]

MIL－STD－1553B是一種時(shí)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(zhǎng)為20b，數(shù)據(jù)有效長(zhǎng)度為16b，信息量最大的長(zhǎng)度為32個(gè)字。其信息格式有總線控制器BC（Bus Controller）到遠(yuǎn)程終端RT（Remote Terminal），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)展成為國(guó)際公認(rèn)的數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛地應(yīng)用于航空電子綜合系統(tǒng)中，目前國(guó)內(nèi)外開發(fā)的各種1553B總線采集卡，大多采用的是美國(guó)DDC公司生產(chǎn)的BU－6150接口芯片，但是該芯片價(jià)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(jì)，采用TI公司TMS320F206DSP芯片進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，用FPGA進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)編程，降低了設(shè)計(jì)成本，滿足了1553B通訊模塊的開發(fā)需求。

1 TMS320F206的簡(jiǎn)介

該1553B總線通訊模塊的DSP采用TI公司的TMS320F206，用來實(shí)現(xiàn)1553B總線協(xié)議的主體部分，實(shí)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(jià)比較高的定點(diǎn)DSP芯片，采用靜態(tài)CMOS集成電路工藝制造而成，DSP芯片先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問，兩條總線可允許數(shù)據(jù)與指令的讀取同時(shí)進(jìn)行，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍；專用的指令集提供了功能強(qiáng)大的信號(hào)處理操作。TMS320F206主要特點(diǎn)如下：

（1）5V工作電壓，20MHz主頻時(shí)，指令周期50ns；3個(gè)外部引腳中斷；8級(jí)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)搬移。

（3）片內(nèi)16b定時(shí)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(gè)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(qiáng)的同步串口，帶4級(jí)FIFO。

2 系統(tǒng)的組成框圖和工作原理

檢測(cè)儀采用單片機(jī)技術(shù)，可編程邏輯器件（FPGA）技術(shù)，數(shù)字信號(hào)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(duì)單個(gè)航空電子設(shè)備進(jìn)行離線檢測(cè)，也可對(duì)飛機(jī)的整個(gè)總線的運(yùn)行和各個(gè)記載設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行在線檢測(cè)。檢測(cè)儀整體采用個(gè)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(cè)儀。

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

從數(shù)據(jù)信號(hào)流程方面：收數(shù)據(jù)時(shí)，外部數(shù)據(jù)送到收發(fā)器進(jìn)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(kuò)展口送到DSP處理，然后經(jīng)雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，需要顯示數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)CPU對(duì)雙口RAM送來的16b并行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析存儲(chǔ)，按要求轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，二進(jìn)制或者工程單位制送顯示器顯示，發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，CPU將鍵盤輸入的數(shù)據(jù)按照十六進(jìn)制、二進(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)

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(guó)DDC公司的BU－63152芯片，具有兩個(gè)完全獨(dú)立的雙余度端口，完全滿足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RX DATA OUT和其非腳輸出到下一級(jí)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。

3.2 FPGA模塊

將FPGA技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理DSP技術(shù)相結(jié)合是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中常用的方法，該模塊中的FPGA芯片接口主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）將總線上的串行信息流轉(zhuǎn)換成處理機(jī)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(shí)，能夠識(shí)別或生成標(biāo)準(zhǔn)的1553B信息字和消息。

（3）完成與處理機(jī)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(shí)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(cè)儀的關(guān)鍵技術(shù)。

3.3 DSP模塊