基于FPGA的航空總線錯誤編碼發生器設計

【摘 要】本文介紹了一款基于FPGA技術，針對于自主研發航空總線設備測試的曼徹斯特II型碼錯誤編碼發生器的設計。該編碼發生器具備特定的終端號，以終端形式存在于總線系統中，它可以產生三種不同類型的錯誤編碼，按總線控制器的要求向總線系統上的特定終端發送相應錯誤編碼，以測試由不同設計者設計制作的終端設備在發送信息有誤時的反應；便于整個航空總線系統功能的統一，具有很強的實踐價值。

【關鍵詞】曼徹斯特II型碼 1553B總線 FPGA

【Abstract】This paper introduces a kind of design method of the error code generator for the avionics bus。The code generator terminals equipped with a number of specific，and the generator as a terminal in the avionics bus，It can produce three different types of error code and sends the error code in order to test the terminal receives the error code of the reaction by different designers making，It has a strong practical。

【Key words】 Manchester II code；Avionics Bus；FPGA

1553B總線是一種非常成熟且應用廣泛的航空總線，隨著電子技術的飛速發展，越來越多的設計者已經可以依托更新的科學技術，比如FPGA技術，掙脫少數國家的技術壟斷，以航空總線協議為標準，自行設計功能多樣的終端設備，以滿足更多更高的要求[1]。但是更多的設計者的參與也意味著對總線系統測試的更高要求。本文介紹一款錯誤編碼發生器的設計方法，該發生器可以生成完全符合1553B總線通信協議的三種不同類型的錯誤編碼，應用于總線系統中，以測試自行研發的航空總線終端的標準性與實用性。

1 航空總線協議簡介

1553B總線上數據的傳輸主要是依靠曼徹斯特II型碼，每二十個比特位組成一個字，有命令、數據、狀態三種不同類型。根據協議要求若干數量和種類的字組成不同類型的消息，消息發送至總線上，相應終端執行命令或是控制器得到終端回信，完成數據交流。該總線上數據傳輸速率是1Mbit/s，曼II型碼用“01”表示邏輯0，用“10”表示邏輯1，如圖1所示為曼II型碼表示的“1000”。三種不同類型的的字雖然都是20個比特位的曼II型碼，但是又各有不同，在這里不多加詳述，詳情可參照1553B總線通信協議[2]。

圖1 Manchester II編碼方式圖

2 錯誤編碼發生器FPGA設計

該設計在FPGA中的實現主要通過以下三部分，如圖2所示：譯碼器、錯誤數據發生器和協議處理功能控制部分。當該設計以一終端形式接入待測試總線網絡時，我們來分析一下數據的流向及處理情況[3]：該錯誤編碼發生器以遠程終端的形式存在于數據總線中，并且其具備特定的終端號碼。當總線控制器發出命令，要求該終端發出某種類型的錯誤編碼時，命令通過收發器進入FPGA中的譯碼器模塊進行譯碼，并將命令字中的有效信息送至協議處理功能控制模塊，在這一模塊里分析命令字的有效數據，明了總線控制器要求終端發送一個什么類型的錯誤編碼，我們把將要發送的錯誤編碼的信息送入錯誤數據發生器，生成符合要求的曼徹斯特II型碼，再經過收發器，最終發送至數據總線上。

圖2 錯誤編碼發生器FPGA設計

3 實驗仿真結果

設計者采用VHDL語言完成了FPGA中的邏輯設計，在相關軟件中，對錯誤數據發生器模塊進行了仿真，如圖3所示，為產生同步頭錯誤編碼的仿真結果圖。

圖3 同步頭錯誤數據仿真圖

在仿真之后，設計者使用Altium Designer6.0軟件繪制了系統PCB板圖，制作了該設計的電路板，進行了實驗驗證，示波器觀測了發送至總線上的錯誤編碼，如圖4、圖5所示。

圖4 奇偶位錯誤數據示波器圖 圖5 數據位錯誤數據示波器圖

4 結語

本設計采用FPGA技術，首次制作了可以產生錯誤曼徹斯特II型碼的編碼器，設計靈活，同時也有許多不足，如產生的錯誤編碼類型少，不能產生錯誤的消息等。隨著1553B總線的更廣泛應用，更多的自主研發產品的出現，該款編碼器將會得到廣泛的應用，其功能也將會越來越完善。

參考文獻：

[1]廖文彬. MIL-STD-1553B多功能總線測試卡的實現[D].成都：電子科技大學，2006.

[2]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.

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

[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]DDC.Inc.ACE/Mini-ACE Series BC/RT/MT Inegrated 1553 Terminal Users Guide.2005.

作者簡介：牛茜（1986—），女，山西長治人，碩士，助講，主要從事電子電氣教學與研究。