MT模式 - 基于FPGA的1553B总线接口设计与验证

4.1.3 MT模式

MT（总线监控器）是总线上的监听单元，它监控总线上的信息传输，完成对总线的上原始数据的记录，但它本身不参与总线的通信。

MT模式接口的功能较为简单，主要进行指令字、状态字和数据字的接收并将其写入相应缓存中，方便以后提取分析，可通过BC模式或RT模式下接口相应的子模块实现。

4.2 协议处理模块FPGA总体设计

根据以上三种模式下接口响应流程的分析，对协议处理模块各FPGA 子功能模块进行了划分，总体设计框图如图6所示。

协议处理模块主要由数据接收部分、数据发送部分和数据缓存部分组成，此外还包括超时检测、地址译码及读写控制、中断管理等辅助部分。由于三种模式下某些功能重复，为了提高FPGA 资源利用率，设计时充分考虑了相应模块的模式复用，整个协议处理逻辑可在外部模式选择信号的控制下工作在BC，RT和MT模式。

 

图6 协议处理模块总体设计框图

16 MHz的全局时钟通过时钟管理模块为各FPGA功能模块提供工作时钟，各模块间通过一定的握手信号互联，保证协议处理逻辑有序工作。整个协议处理模块的基本工作原理如下：按照1553B 协议规范，通过接收器接收总线上的数据并存入缓存，通过发送器取出缓存中的数据并发送到总线上，同时不断以中断和握手信号与外部系统进行通信，通知外部系统向缓存中写入待发送数据或从缓存中读取已接收数据，并共同完成差错处理和协议逻辑的管理。

5 设计仿真与验证

根据设计方案，编写了重要模块的FPGA 代码，模拟实现BC功能和RT功能，采用Active⁃HDL软件仿真，其中BC向RT的数据传输仿真结果如图7所示。

仿真通过后，在Virtex⁃5 FPGA平台上对设计进行了验证，如图8所示。将BC功能模块和RT功能模块的代码经ISE综合、布局布线后分别下载到两块开发板中实现，开发板通过串口与PC机通信。PC机将指令和数据写入FPGA相应寄存器中，BC和RT在PC机指令的控制下进行1553B 协议通信。验证过程中通过示波器查看模拟总线的波形，并通过ChipScope观察和比对协议收发数据。

 

图7 BC向RT传输仿真结果

 

图8 1553B总线接口FPGA验证平台

同时，为提高接口性能，用光纤代替传统电缆传输介质，采用8B/10B编解码代替曼彻斯特编解码，并利用FP⁃GA内嵌RocketIO内核，进行了传统1553协议数据的光纤传输，传输过程数据比对ChipScope采样如图10所示。

图9 数据比对的ChipScope采样

验证结果表明，BC 和RT 功能模块能够正常按照1553B协议进行数据的发送和接收，完成基本1553B协议的处理，实现1553B 协议数据的1 Mb/s 电缆传输和3 Gb/s以上光纤传输，数据比对无误，说明该接口设计方案实际可行，具备开发应用价值，同时也为光纤1553接口的设计提供了一定参考价值。

6 结语

本文提出一种基于FPGA 的1553B总线接口方案，该接口采用模块化和通用性设计，能够工作在BC，RT和MT三种模式，实现曼彻斯特编解码，并完成1553B协议的处理。编写VHDL 代码对设计方案进行了仿真和验证，证明了其可行性，同时对光纤1553接口的设计进行了探索性研究。目前，1553B 接口芯片主要依赖进口，若能积极开展该方面的研究，开发出具有自主知识产权的通用IP 核，对于摆脱国外限制，降低成本，提升我国在该领域的自主竞争力具有重要意义，其应用前景非常广泛。

本文创新点：将FPGA技术应用于1553B总线接口，缩短了设计周期，降低了设计成本，同时，系统的集成度提高，扩展性增强，设计灵活性也大大提高。