1553B/RS422協議轉換模塊設計

摘要介紹了一種基于DSP+FPGA的1553B/RS422協議轉換模塊的實現方法，采用了Altera的EP1C6Q240構成邏輯控制單元，以實現RS422接口控制及編解碼、1553B接口控制時序、DSP接口等，采用TI公司高性能的DSP TMS320C6713實現通信協議之間的透明轉換。

中圖分類號:TN91文獻標識碼:A

0 引言

1553B總線協議是當今較流行的軍用航空總線標準，在一些新型戰機上，越來越多的采用了1553B總線。但是很多傳統的機載設備只支持RS422通信接口，而沒有提供1553B通信接口，要使這些傳統的機載設備能在新型戰機上正常的工作，就必須要進行1553B/RS422通信協議的轉換，本設計就是在這樣的應用背景下提出的。

1 系統構成及原理實現

1553B/RS422協議轉換模塊是以一個小型載板形式安裝在機載設備內部的，對整個模塊的體積、功耗等各項指標有嚴格的要求。模塊主要由RS422接口、協議轉換、1553B接口、邏輯控制單元構成，如下圖所示:

圖1

1.1 RS422接口

RS422接口負責與機載設備的RS422接口進行數據收、發通信。RS422是一種被廣泛應用的接口標準，采用差分傳輸方式，也稱為“平衡傳輸”，標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”。 RS422是全雙工通信，通信的雙方均含有一個發送驅動器和接收驅動器。其中接收驅動器的兩個平衡線連接端點定義為A和B，發送驅動器的兩個平衡線連接端點定義為Y和Z，一般使用平衡雙絞線將一端的Y和A、Z和B連接起來。通常情況下，發送驅動器端Y、Z之間的正電平在+2 ~ +6V，代表正邏輯，負電平在-6 ~ -2V，代表負邏輯。在接收端，當A、B之間有大于+200mV 的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV 時，輸出負邏輯電平。RS422最大傳輸距離為4000英尺(約1219米)，最大傳輸速率為10Mb/s。根據要求，本方案中的RS422接口設計的最高通信速率為1Mbps，波特率、校驗方式、數據位、停止位等通信參數都是軟件可設置的。設計中采用了MAX3490EESA芯片作為信號收發芯片。MAX3490E的最大傳輸速率為12Mbps，片內有一路收一路發，采用SO8封裝，體積小巧，且功耗較低。考慮到實際應用環境，選用了的MAX3490EESA是MAX3490E系列中的一款工業級芯片，其工作溫度范圍為-40€癈 到 +85€癈。系統中共采用兩片MAX3490EESA，構成兩路全雙工RS422通信接口，一路作為正常通信用，一路作為冗余備份，當正常通信的一路出現故障時，將啟用備份通道，以恢復正常通信。系統中的RS422通信接口電路如圖所示。

圖2

1.2 1553B接口

1553B接口部分負責標準1553B總線數據的編解碼。MIL-STD-1553B是最早由美國提出的一套軍用航空總線標準。1553B總線是一種時分制命令/響應式多路復用數據總線。總線系統中有三種終端類型:總線控制器(BC)、遠程終端(RT)和總線監視器(BM)，終端通過直接耦合或者變壓器耦合方式掛接到總線上;其傳輸信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、廣播方式和系統控制方式(模式碼)。總線上的信號采用曼徹斯特編碼，傳輸速度為1Mbps，半雙工方式。通過專用屏蔽雙絞線差分傳輸。1553B總線是一種高實時性，高可靠性的總線，在現代新型戰機中得到了廣泛應用。

1553B總線協議較復雜，設計中采用了ENPHT公司的1553B專用接口芯片EP-H31580。EP-H31580是一款由國內測控廠商ENPHT開發的具有完全自主知識產權的1553B協議芯片。符合MIL-STD-1553B Notice2，GJB-289A-97規范。EP-H31580提供一路雙冗余MIL-STD-1553B通信接口 ，可配置為BC\\RT\\BM模式。該芯片具有靈活的處理器接口，可與多種CPU、MPU或CPLD相連，支持8、16位數據總線，內部4K x 16Bit存儲器，最大外擴64K x 16Bit 存儲器，Dip70封裝，單電源3.3V供電。本系統采用EP-H31580掛接FPGA的方式，將EP-H31580配置為RT模式，實現機載設備到外部總線的1553B通信接口，如下圖所示:

圖3

1.3 邏輯控制單元

邏輯控制單元，設計中采用了Altera的一款FPGA，EP1C6Q240。用VHDL開發了內部邏輯代碼。內部邏輯主要包括RS422接口控制及編解碼、1553B接口控制時序、DSP接口等。當模塊收到來自機載設備的RS422信號后，FPGA完成信號解碼，得到的數據被存放在緩沖區中，與此同時FPGA向DSP發起中斷，通知DSP讀取、處理數據，處理完的數據再由FPGA控制板載1553B接口芯片EP-H31580將數據發向機載1553B系統總線。相反的，當模塊收到來自機載1553B系統總線發向機載設備的下行數據時，FPGA也將1553B數據緩存到FIFO中，DSP獲取數據后完成信息提取，數據轉換，再由FPGA編碼驅動RS422接口電路MAX3490E將數據以RS422格式發向機載設備。

1.4 協議轉換

協議轉換主要完成1553B總線數據和RS422數據之間的轉換。本方案中將協議轉換全部放在DSP中，作為一個獨立的模塊單元進行設計，協議的轉換已經不是單純的電氣特性轉換，而是包含了電氣特性轉換和接口協議翻譯的綜合協議轉換，這樣的劃分減輕了下行終端的負擔，也具有很好的通用移植性。為了適應新的應用要求，配上協議轉換載板后，原有的成熟機載設備不需要再重新設計。而對于不同的機載設備來說，協議轉換載板只需要按照設備的ICD，修改一下DSP內的協議轉換代碼。這就大大節約了技改升級成本和時間周期。

設計中采用TI公司的DSP，TMS320C6713實現通信協議之間的透明轉換。所有的轉換都按設備通信接口控制文件(ICD)規定進行，當收到RS422或1553數據時即進行相應的協議分析，信息提取，數據重組發送，具體過程如下:

圖4

1.5 系統的啟動與初始化

本系統是一個脫離一般操作系統支持而獨立工作的模塊，所有的初始化過程(包括RS422接口的參數配置、1553B接口的參數配置等)和功能性代碼都在DSP程序里編寫，且DSP程序具有自啟動功能。DSP采用了FLASH BOOT模式，編譯好的代碼存放在板載FLASH中，當上電以后，DSP將從FLASH中自動下載程序執行，從而進入正常工作模式。

2 結論

本設計充分考慮了實際應用要求，實驗證明該系統可以完成某機載設備RS422到1553B總線接口數據之間的透明轉換傳輸。設計采用DSP實現協議轉換，便于升級維護，也具有一定的可移植性。

參考文獻

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