基于PCI总线的1553B总线接口板卡设计Word下载.docx
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随着1553B总线在军事武器信息平台、民用航空航海和大型工业控制场合等国防、工业、经济建设重要领域的越来越多的应用，其重要性越发明显，其安全、可测试性也显得尤为重要。
只有确保1553B总线系统的可靠、安全，才能确保应用于国防、工业、经济建设等重要领域的电子综合系统的正常工作，才能避免各领域建设发展中因1553B总线系统故障、失误而造成的损失，因此对1553B总线系统的监测是非常有必要的。
按照1553B总线产品的开发阶段划分通常需要五级测试[3]。
其内涵如下：
（1）开发阶段测试主要是对试验样机的电路的工作状态进行测试，检测设计是否达到要求并及时修正错误；
（2）设计验证则针对为1553B产品而设计的部件，主要为了测试部件是否满足总线协议要求；
（3）产品测试在步骤2已通过后进行，主要针对于1553B产品整体性能；
（4）系统综合测试则主要针对以1553B总线为依托的综合电子系统；
（5）实地运行测试是最终在实地系统运行前的验证测试，从上述可知，前三级属于1553B部件级的测试，而后两级属于1553B系统级的测试[3][4]。
对1553B总线系统的监视和测试，首先需要考虑部件级测试：
即系统想要实现资源共享就必须要求所有的终端设备、子系统按照1553B总线标准所定义的各项要求来进行设计实现；
而现实的问题在于，基于1553B总线的电子综合系统的子系统是由不同单位的众多研制人员分别研制而成，虽然基于同一标准，即1553B总线标准，但由于1553B标准仅规定了1553B总线物理层和数据链路层的通信规范，并未详尽定义具体的测试方法、步骤，再加上研究人员所制定的方案、生产工艺及测试环境差异等多方面的原因，导致各子系统间的通信传输及工作配合情况产生一定问题，研制单位难以有效的将所有子系统进行理想中的综合[5]。
由此，设计1553B总线监测系统对1553B综合电子系统中的各终端设备进行有效地测试能够全面验证终端设备是否满足1553B标准要求，这一测试不仅是顺利实现电子系统综合的前提条件，而且是综合电子系统在重要领域实现信息可靠通信必不可少的保证。
其次，在实现综合后，对于整个的电子综合系统还需要实施系统级的测试，以发现并及时改正系统中存在的但又不明显为人所发现的潜在威胁，这就需要我们所设计的1553B总线监测系统对基于1553B总线的综合电子系统的整体实时活动有一个详细的记录，这样我们所设计的1553B总线监测系统以总线监视器的形态出现于整个1553B总线系统中，全面详细的记录总线在系统综合测试及实地运行测试中的活动情况及数据传输状况，为综合电子系统的系统级测试提供测试数据，确保基于1553B总线的综合电子系统的系统级可靠性[5]。
同时监测系统设计为对整个综合电子系统的无过滤监听，所记录的数据中不仅有正确数据，而且还有错误数据及其各种错误信息，为系统的故障定位、排除提供有效依据，在实现系统安全有效的同时，也便于系统投入使用后的维护和检修。
此外，1553B总线系统的设计关键在于子系统与总线介质互联的嵌入式总线接口，本设计中采用FPGA来实现总线协议接口，打破协议接口芯片必需从国外购买的限制，同时可根据被测试系统具体特点，在1553B总线协议的基础之上，灵活处理具体设计；
再者，采用FPGA可同时实现部分或所有用户逻辑，优化资源配置，降低生产成本。
无论是从经济上，或是国防科技保密层面考虑都具有十分重要有意义。
综上所述，对基于FPGA的1553B总线监测系统的研究与设计无论是从1553B总线统一化终端设计的意义上，还是从1553B总线综合电子系统的研究及测试方面来说，或是对1553B总线综合电子系统在实际应用中的安全、可靠性及后期故障排除和处理等方面考虑都是具有十分重要的意义的，随着信息综合化程度的不断提高及1553B总线更加广泛的应用，为打破国外技术垄断，降低1553B总线使用成本，推广1553B总线的更加广泛使用，对基于FPGA的1553B总线监测系统的研究与设计必将引起更多关注、更加深入，该领域的发展也将有更加光明的前景[6]。
1.2课题国内外研究现状
美国对1553B总线制定了一系列的标准和协议，1973年公布了MIL-STD-1553A标准，并首次在F-16战斗机中采用此标准，1984年美国防部制定并颁布执行了MIL-STD-1553B标准；
我国于1987年建立了与1553B相应的国家军用标准GJB289-87《数字式时分制指令／响应型多路传输数据总线》，用于指导基于1553B总线的军用航空系统和武器系统设计，并于1997年对原标准进行扩充和修订，制定了GJB289A-97标准，一直沿用至今[7]。
国外在1553B总线综合电子测试研究领域起步较早，1553B多路传输总线将各种电子系统连接成分布式网络，实现综合显示和控制，各个子系统都是通过嵌入式总线接口与总线传输介质连接而组成网络，最后达到资源共享或总线监测的目的，所以无论是从部件级的单个1553B总线子系统设计上来讲，还是考虑到整个1553B总线系统级测试，总线接口技术都是系统设计与测试的关键。
美国Conder公司一直致力于研发1553B总线接口板，并先后推出了不同类型的接口板，并推出了busTools-1553测试系统；
DDC公司主要研发1553B接口芯片，现在好多公司都在DDC公司的协议芯片基础上开发不同类型的测试系统[7]。
与国外相比，国内的研究起步较晚，不过近些年关于这方面的研究比较活跃，国内各单位大多采用DDC公司的61580芯片，在其基础上搭建1553B总线接口板，并配置相关的驱动程序，实现对1553B总线设备的检测和仿真。
成都斯坦福基因信息工程有限公司采用FPGA、DSP相结合的方式实现1553B协议，其产品在成本上具有较强优势；
装甲兵工程学院的任哲平利用VXI自动测试系统的硬件环境，结合LabWindows/CVI软件环境实现了对1553B总线系统的数据采集与测试[8]；
南京理工大学的王志宏建立了基于离散事件系统仿真方法的模型，可以有效地检测总线各项性能指标[6]；
北京航空航天大学的蒋天永进行了基于1553B总线的航电软件仿真验证环境研究，分析和比较并测试系统应用于不同平台时的性能；
西北工业大学的李志刚采用FPGA方式自主设计1553B接口板，并在此基础上开发出了相应测试软件，对总线系统中各终端进行有效性测试[3]；
南京航天航空大学的何成军将1553B总线技术与军用自动检测系统技术相结合，针对现代航空电子综合化要求加强和航电通讯系统重要性的不断提高，顺应各种新型无人飞机的研究和对现有有人机的无人化改造需求的发展趋势，设计和研究了移动式自动检测系统1553B接口[9]。
国内许多单位研究出了一系列有针对性的测试系统，但对综合电子设备仿真测试系统方面开展的工作较少。
此外，由于国外对1553B总线研究开发较早，已经有一大批公司或研究机构生产出了成形的，性能较强，稳定性高的1553B接口专用集成芯片，如较早的：
UTMC公司的UT1553B、INTEL公司的M82553、以及ACTEL公司的1553BBC、90年代初DDC公司推出的ACE（AdvanceCommunicationEngine）系列协议处理器BU-61580/90等[9][10]。
以往国内设计者大多采用现有接口芯片配置驱动程序的方式实现对1553B总线系统的检测和仿真，接口芯片价格昂贵，成本较高，虽然国内也有了可替代国外产品的接口芯片，但是没有形成产品，对研究人员帮助不大；
近年来，国内研究人员采用FPGA来实现1553B总线接口，并取得了很大的成绩，不仅打破了国外技术垄断，并且对于提高自主研发能力，增强自我竞争力，节省科研经费，都具有重要的意义[11]。
1.3.课题所需关键技术与研制过程
根据项目的需要，本课题用到了大量关键技术，包括:
PCI局部总线，MIL-STD-155315航空通讯总线，可编程逻辑器件（PLD）及开发方法，VHDL语言及开发工_具MAX+PlusII，印刷电路板制作工具Protel等。
这些技术将在第二章做详细介绍。
基本的研制过程是:
学习掌握上述关键技术，首先使用Protel设计基于PCI总线的1553B总线板卡。
接着使用VHDL语言编制硬件逻辑来完成PCI接口逻辑及155315总线的接口逻辑，经过详细设计，前仿真，综合，后仿真之后将逻辑加载入FPGA芯片，接着如果达到设计要求，便得到可使用的产品。
如果不满足要求，分析原因，排除故障，重新开始研制。
所以此板卡的开发可以分为两大部分:
接口逻辑开发和FPGA仿真。
其中最重要的工作就是FPGA开发。
1.4.论文的章节安排
以所完成的上述工作为基础，作者撰写了本文，各章节内容安排如下:
第一章绪论。
首先介绍了课题的来源、意义和国内外的发展情况。
接着简要提及开发所用到的关键技术、设计方案选择及作者所完成的工作。
第二章关键技术。
由于用到大量关键技术，所以使用一章做统一的介绍，使不同背景的读者能清楚地了解开发的背景知识。
本章是后续章节的方法基础和
理论依据。
第三章将所要设计的系统按功能划分模块，并逐一实现的流程及方法。
介绍系统的硬件设计。
包括其硬件设计的设计要点，硬件电路设计的构思与实现及器件选型等内容。
介绍系统的功能实现验证，包括实验的搭建及测试结果。
第四章总结与展望。
通过这个课题，作者收获良多，在对系统开发的认识上和开发工具的使用上都有很大的提高，本章主要是对全文做一总结并指出了当前研制工作中不足之处和需要进一步完善的地方。
希望读者能够吸取作者的经验与教训。
2关键技术
本课题用到了大量的跨学科的技术，包括:
PCI局部总线协议，1553E航空通讯总线协议，1553B协议芯片ACE系列设计指南，可编程逻辑器件（PLD）及开发方法，VHDL语言及开发工具MAX十PlusII，印刷电路板设计制作工具Protel，数字电路等。
将在本章中择其主要进行介绍，使不同背景的读者对本课题能有一个宏观的认识，这是理解后续设计的基础。
2.1PCI局部总线技术
PCI的全称是PeripheralComponentInterconnection，即外围组件互连。
它把高带宽的外围设备移到靠近系统处理器的地方，通过一个系统接口（主桥路）而与处理器或存储器连接起来，所以叫做局部总线。
它首先由Intel提出，于1992年5月定为公开的工业标准，由PCISIG（SpecialInterestGroup）对它进行控制。
其中，体系结构如图2.1所示。
图2.1PCI总线体系结构
PCI是近年来在I:
作站和个人微机中得到
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