基于SM61864的GJB289A通信接口開發和應用

安百俊，呂 冰，李新民

（中航工業西安航空計算技術研究所，西安710068）

基于SM61864的GJB289A通信接口開發和應用

安百俊，呂 冰，李新民

（中航工業西安航空計算技術研究所，西安710068）

為滿足GJB289A接口小型化、輕型化、低功耗、高可靠性和靈活性應用需求，設計一款采用SM320F2812作為智能處理器、SM61864芯片作為GJB289A控制芯片，采用FPGA實現主要邏輯的雙余度雙通道MBI。MBI能極大降低總線負載，提高總線傳輸效率。SM61864使得MBI具有BC、RT、Monitor、RTMT等功能。通過在線綜合與聯試，MBI模塊能夠滿足系統的快速、靈活等要求。

總線控制器（BC）；遠程終端（RT）；遠程終端組合選擇消息監控（RTMT）；數字信號處理器（DSP）；可編程門陣列（FPGA）

1 引 言

當前，航空電子系統中的主流通信網絡仍然采用GJB289A，因為GJB289A總線技術成熟，可靠性高。MBI模塊作為航空電子系統中通用總線接口模塊，實現了GJB289A總線協議，被廣泛應用。之前，MBI模塊廣泛采用UTMC公司生產的協議芯片實現GJB289A總線的ISBC協議。而ISBC協議，對系統總線通信表的設計要求很高，并且很不靈活。隨著總線負載的增加，傳統的MBI模塊在重量、體積、消息處理速度、存儲器容量、軟硬件編程方式等方面已經無法滿足系統要求。這樣，迫切需要設計一款新的MBI來解決上述“弱點”，以提高系統的性能和靈活性。

通過介紹MBI模塊的實現，推廣SM61864在今后MBI設計上的應用。

2 設計思想

通常，GJB289A總線網絡上有且只有一個BC，同時，會有最多31個遠程終端。BC用于組織消息傳輸和管理網絡，RT按照BC傳輸的指令，可以接收BC傳輸的消息，發送消息到BC或其他RT。航空電子通信系統對應的結構如圖1所示。

BC的硬件設計保持和以前設計相同的思路，采用SM61864實現航空電子系統物理層和數據鏈路層的功能；軟件固化在MBI模塊上的智能處理器內部FLASH中；驅動軟件則駐留在主機上，由應用軟件根據系統需要實現對通信軟件的控制。

圖1 航空電子通信系統層次結構

3 SM61864帶來的MBI新特征

MBI在設計重量上要求盡可能輕、體積上盡可能小、消息處理速度盡可能快、存儲器容量盡可能大、軟硬件編程盡可能方便，因此，在設計的時候，使用SM61864帶來的如下優點：

a.實現了MPBC協議，兼容以前的ISBC協議，同時增加了很多新特點；

b.Mini-ACE集成了GJB289A總線協議處理能力和雙余度收發器功能，體積大幅減小，重量大幅減輕；

d.主要采用3.3V邏輯供電，5V收發器供電，使得MBI電源設計簡單，功耗低；

e.具備了作為BC時能監控RT到RT消息和RT到RT廣播消息；

f.作為RT的同時，可以作為選擇消息監控，監控除自身外所有其他RT的消息；

g.具有透明模式和緩沖模式，可以和MBI上處理器通過其DMA功能訪問MBI上共享存儲器。

4 MBI硬件實現

MBI模塊上有兩路獨立的MBI（MBI1和MBI2）。每路MBI的硬件結構如圖2所示。

其中，MBI的邏輯電路是通過FPGA實現的，主要功能有：

a.DSP相關的控制邏輯；

b.DSP外部存儲器接口邏輯；

c.RTC邏輯；

d.與主機接口的66MHz/33MHz 32位數據接口的PCI從設備邏輯。

其中，DSP相關的控制邏輯，主要實現在透明模式下，與ACE之間的DMA控制邏輯和內部“READY”邏輯；

DSP外部存儲器接口邏輯，主要實現多協議復用總線控制器上的RAM和雙口存儲器右端口、信號燈的譯碼，以及相關的IO端口譯碼；

RTC邏輯，采用VHDL語言設計，在功能上保持以前的RTC功能，精度20us/40us可選擇，向上計數，帶復位、鎖功能；

PCI從設備邏輯，未使用傳統的PCI橋，而是結合PCI總線規范，采用VHDL語言實現；

圖2 MBI結構示意圖

主機接口邏輯，實現雙端口存儲器左端口、信號燈的譯碼，以及相關的IO端口譯碼，同時實現主機接口部分的“READY”邏輯；

為了避免主機處理器和DSP或協議芯片對雙口存儲器訪問的沖突，采用BUSY邏輯實現；

SM61864則接成“透明”模式，通過DMA訪問外部雙口存儲器，RT地址鎖存信號上拉，通過配置ACE內部寄存器，可以靈活的設置MBI模塊作為RT時的RT地址。

SM61864總線信號通過ACE內部的雙接收發送器，采用變壓器耦合方式和SM61864總線通信網絡相連接。

調試的時候，加載軟件目標碼到DSP內部的RAM中；

固化的時候，燒寫軟件目標碼到DSP內部的FALSH中。

5 MBI軟件設計

MBI的軟件包括通信軟件和驅動軟件。

通信軟件駐留在MBI模塊上DSP內部FALSH存儲器中；驅動軟件駐留在主機上，提供標準的API接口，供應用軟件調用，實現對MBI的控制，和系統控制程序、應用程序等進行動態聯編。

通信軟件設計是在DSP專用開發工具CCStudio3.1下開發的。驅動軟件是在Tornado2.2下開發的，同時移植到AE 653操作系統下的WorkBench2.0上，使得在不同操作系統上都可調用MBI模塊驅動程序。MBI軟件的頂層結構如圖3所示。

圖3 MBI軟件頂層結構圖

主機和MBI之間的通信采用“命令/響應”方式，即主機向MBI模塊的DPRAM中命令字單元寫相應命令，而MBI執行該命令之后，會在DPRAM中響應字單元寫響應字。

MBI主要執行的命令有：初始化、自測試、啟動、停止、軟復位、加載看門狗等，此外，MBI對RT上下網，自測試失敗，緊急消息，互為熱備份RT同時上網等，需要向主機發送中斷請求。MBI內部需要處理的中斷主要有ACE中斷，在作為BC的時候，還包括內部定時器周期中斷。

5.1 MBI傳輸軟件各模塊的實現

初始化模塊，首先通過配置DSP內部的PLL電路，XINTF接口，設置DSP的系統時鐘頻率、CPU時鐘頻率以及外部接口工作時鐘頻率等，并配置DSP訪問外部各存儲區域的時序。然后，依據主機需要的MBI模塊的工作方式（BC，RT，MT或RT/MT），配置雙口存儲器中的相關單元，初始化SM61864內部的固定訪問區域，配置寄存器、中斷使能、棧指針寄存器等，使得ACE能按照指定的模式工作。

在BC模式，消息棧設置為1K字，最多可存放256條消息，數據緩沖區采用雙緩沖模式，遵循系統要求的MPBC協議。

在RT模式，RT地址可以配置，使用單緩沖，忙位設置；可以使用命令非法化表，依據RT地址、發送/接收位、子地址、數據字計數等設置RT相關消息是否合法；可以將方式命令、廣播命令的數據，根據需要，放置在特定區域。

在MT模式，可以根據系統需要，設置采用字監控模式或者選擇消息監控模式。選擇字監控，可以設置各種不同的觸發條件；選擇消息監控，通過設置消息監控管理表，可以依據RT地址，發送/接收位，子地址進行消息選擇，并且有獨立的命令棧和數據棧。MBI可以將命令棧中的命令和數據棧中的“數據”重新組織成一條完整的消息，驅動接口通過系統提供的刷新標志，將該消息數據提交給應用。

在RT/MT模式，MT只能采用選擇消息監控，可以實現MBI作為RT工作的同時，實現選擇消息監控。這時，MBI需要根據RT命令棧指針和MT命令棧指針的變化，決定當前消息結束中斷是RT消息還是MT消息。

自測試模塊，完成MBI內部資源的自測試，并將自測試結果存儲在雙口存儲器中，當自測試失敗時，向主機發送中斷請求。主要完成的測試有：DSP自檢，雙口存儲器測試，RTC功能測試，ACE自測試等。

啟動和停止模塊，是啟動或者停止MBI模塊按照初始化的功能工作。工作的時候，完全遵循系統提出的MPBC協議。協議嚴格控制消息傳輸時間，控制消息重試，消息傳輸通道等，極大地提高了總線通信效率，減小了通信負載，并提高了系統地可靠性。

軟復位模塊，完成自測試功能和初始化功能，并設置復位標志；

加載WDT模塊，依據系統需要的WDT時間，加載并啟動WDT定時器工作。

5.2 MBI驅動軟件接口函數的實現

基本接口驅動提供：主機讀、寫MBI模塊DPRAM；主機讀、寫MBI模塊IO端口的基本接口函數。

MBI控制程序提供了：主機向MBI模塊DPRAM命令字單元寫初始化命令、自測試命令、啟動命令、停止命令、加載WDT命令，然后獲取MBI模塊響應字的相應驅動程序接口函數。

TMR控制程序提供了主機讀、寫MBI模塊上RTC以及讀取BC與RT的RTC差值等驅動程序。

系統控制驅動程序提供了主機更改MBI模塊作為BC時的子系統模式，獲取RT通道狀態和通道切換狀況，以及軟復位MBI模塊的驅動程序。

消息控制程序提供了主機從MBI模塊接收消息緩沖區中提取消息數據和向發送消息緩沖區寫消息數據，以及找出兩個消息號之間，接收消息數據已經刷新的消息邏輯號的驅動接口函數。

中斷服務程序提供了主機依據MBI模塊所發出的中斷和記錄中斷原因，進行相關中斷處理的過程。MBI中斷主機的原因有：緊急消息中斷，看門狗上溢中斷，自測試失敗中斷，RT上下網中斷，熱備份RT同時上線中斷等。

6 MBI模塊功能驗證

由SM61864實現的MBI，在系統單元進行綜合的時候，對各項功能的驗證如下：①作為BC，完全實現了系統要求的MPBC協議，能正常、穩定、靈活的組織消息傳輸，重試管理正常，通道管理正常，同時具備熱備份功能；②作為RT，能靈活的進行RT地址配置，能正常接收與之相關的消息和正確響應方式命令；③作為MT的時候，能夠對總線上所有的消息數據進行字監控，也可以對選擇的消息進行監控；④作為RTMT的時候，能作為RT的同時，對總線上其他的RT消息進行監控。

綜上所述，由Mini-ACE所實現的MBI，能完成系統提出的所有需求，并可以穩定、可靠地工作。

7 結束語

由SM61864實現的MBI，采用MPBC協議，引入了時間調度和消息幀管理等機制，為系統設計提供了一種靈活的思路，為今后AFDX通信網絡、FC總線通信網絡的研究奠定了良好的基礎。但SM61864總線速度沒有根本性的提高，仍然使用1MHz的總線速度，今后，可以逐步考慮使用10MHz，100MHz的總線，進而轉入千兆以太網、FC網絡。最后，希望廣大讀者能提供寶貴的意見和建議。

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Development and Application of GJB289A Based on SM61864

An Baijun，Lv Bing，Li Xinmin
（Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute，AVIC，Xi’an 710068，China）

Tomeet the requirements ofminimization，low-power，high-credibility and flexibility of MBImodule，a new MBImodule is designed in this paper，which uses the mini DSP processor SM320F2812 of TICorp.as the processor，BU61865 of DDC as the GJB289A protocol processor and FPGA to realize themain logic circuit.The MBImodule has two redundant channels and is capable to minimize the payload of the bus to improve the bus transmission efficient.Themini-ACE can be used as the bus controller，remote terminal，bus monitor and the combination of remote terminal and select messagemonitor.After the integration in the system-design institute，the MBImodule satisfies the requirements of high speed and flexibility.

Bus Controller（BC）；Remote Terminal（RT）；Remote Terminal and selected Message Monitor（RTMT）；Digital Signal Processor（DSP）；Field Programmable Logic Array（FPGA）

10.3969/j.issn.1002-2279.2015.03.008

TP393

A

1002-2279（2015）03-0024-03

安百俊（1982-），男，吉林安圖人，學士，工程師，主研方向：硬件研發。

2014-10-14