CN109587029A - Fc-ae-1553总线与mil-std-1553b总线非透明桥接系统 - Google Patents

Fc-ae-1553总线与mil-std-1553b总线非透明桥接系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种FC‑AE‑1553总线与MIL‑STD‑1553B总线非透明桥接系统，其中，包括：NC端、NT端和被控制设备节点；NC端包括控制器和FC‑AE‑1553模块，NT端包括ARM处理器、FPGA、MIL‑STD‑1553B收发器、网络变压器和光纤通讯模块；FPGA内嵌IP核形式实现FC‑AE‑1553通讯接口，运行时间通过FC‑AE‑1553对时协议进行时间同步。本发明在特定情况下将低速1553B时控制总线与高速FC‑AE‑1553总线非透明桥接，可以满足控制信息的长距离传输，电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用和高低速总线相互转换的应用。

Description

FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统
技术领域
本发明涉及航天信息传输技术，特别涉及一种FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统。
背景技术
在航空航天系统中，使用了大量的电子总线，用于传输数据，传输控制信号。例如MIL-STD-1553B(1553B)总线，1553B具有高可靠性,高实时性等特点,使用铜轴传输通讯信号,工作频率1Mb/s,采用曼彻斯特II码，半双工工作方式。1553B数据总线用的是指令/响应型通讯协议。1553B总线系统传输距离最高可达200m，短截线传输距离6m左右，在无法满足某些场合的远距离控制系统的特殊要求，并且线缆为同轴线缆，重量大，体积大。选择FC-AE-1553总线传输，可以保证控制实时性的同时，可以在1/2/4/8Gbps通讯速率下传输，保证通讯的速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FC-AE-1553总线与1553B总线非透明桥接系统，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种FC-AE-1553总线与1553B总线非透明桥接系统，其特征在于，包括：NC端、NT端和被控制设备节点；NC端包括控制器和FC-AE-1553模块，NT端包括ARM处理器、FPGA、MIL-STD-1553B收发器、网络变压器和光纤通讯模块；FPGA内嵌IP核形式实现FC-AE-1553通讯接口，运行时间通过FC-AE-1553对时协议进行时间同步；设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553，初始化1553B，将1553B初始化为BUS Control模式，NC端发送状态查询帧，NT端接收数据放入环形缓冲队列内，FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将转换为1553B数据，被控设备接收NT端的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息，同时返回状态信息，当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后，首先根据报文标识判断帧的类型，从而确定转发通道为1553B，解析NC数据帧的位号可得到转发数据的1553B通道号；同时通过NC数据帧的数据参数字段，参考MIL-STD-1553B协议可得出MIL-STD-1553B数据帧的种类；依据通信双方的协议规定，MIL-STD-1553B数据帧的数据段内容由NC数据帧的指令内容解析得到；之后调用MIL-STD-1553B发送函数，将解析得出的MIL-STD-1553B数据帧发送至后端的被控制设备，进行后续的动作与反馈。
根据本发明的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统的一实施例，其中，NT处理器采用ARM处理器采用NXP公司QorlQ系列LS2088A芯片。
根据本发明的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统的一实施例，其中，FC-AE-1553选用FPGA-IP核实现，用PCIe Gen3.0X4与ARM控制器进行数据互通。
根据本发明的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统的一实施例，其中，FPGA为Xilinx公司K7系列可编程逻辑器件。
根据本发明的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统的一实施例，其中，FPGA的GPIO端口连接光电耦合器，将FPGA与外部IO控制进行光电隔离，以控制电平方式驱动的控制信号。
根据本发明的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统的一实施例，其中，MIL-STD-1553B控制器以FPGA和HI-2579作为控制器和收发器，输出链路MIL-STD-1553B与控制系统进行磁隔离。
根据本发明的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统的一实施例，其中，定义FC-AE-1553帧中位号为MIL-STD-1553B通道号，数据参数定义为MIL-STD-1553B的ID号，指针内容定义为MIL-STD-1553B的数据段，转换将FC-AE-1553数据填入MIL-STD-1553B帧中。
本发明在特定情况下将低速1553B时控制总线与高速FC-AE-1553总线非透明桥接，可以满足控制信息的长距离传输，电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用和高低速总线相互转换的应用。
附图说明
图1所示为本发明一种FC-AE-1553总线与1553B总线非透明桥接系统使用方式框图；
图2所示为NT部分的构成图；
图3所示为MIL-STD-1553B功能FPGA实现示意图；
图4所示为MIL-STD-1553B功能FPGA实现示意图；
图5所示为具体工作原理图；
图6所示为NT具体实现方法结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示为本发明一种FC-AE-1553总线与1553B总线非透明桥接系统使用方式框图，如图1所示，本发明一种FC-AE-1553总线与1553B总线非透明桥接系统包含：NC(FC-AE-1553网络控制端)，NT(FC-AE-1553转MIL-STD-1553B设备)，和被控制设备节点。
图2所示为NT部分的构成图，图3所示为MIL-STD-1553B功能FPGA实现示意图，图4所示为MIL-STD-1553B功能FPGA实现示意图，如图2至图4所示，NC由控制器和FC-AE-1553模块构成，控制器可以是X86架构处理器，ARM处理器，或者其他种类处理器。NT由ARM处理器，FPGA，MIL-STD-1553B收发器，网络变压器和光纤通讯模块构成。NT使用高性能处理器与FPGA使用PCIe进行高速数据互通。FC-AE-1553通讯接口采用FPGA内嵌IP核形式实现，MIL-STD-1553B通讯接口采用FPGA内嵌IP核形式实现。运行时间通过FC-AE-1553对时协议进行时间同步。
图5所示为具体工作原理图，如图2至图5所示，设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553功能，初始化1553B功能，将1553B功能初始化为BC(BUS Control)模式。NC发送状态查询帧。NT端接收数据放入环形缓冲队列内。FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将其转换为1553B数据。被控设备接收NT的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息。同时返回状态信息。当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后，首先根据报文标识判断帧的类型，从而确定转发通道为1553B，解析NC数据帧的位号可得到转发数据的1553B通道号；同时通过NC数据帧的数据参数字段，参考MIL-STD-1553B协议可得出MIL-STD-1553B数据帧的种类(命令字，数据字或者状态字)；依据通信双方的协议规定，MIL-STD-1553B数据帧的数据段内容可由NC数据帧的指令内容解析得到；之后调用MIL-STD-1553B发送函数即可将解析得出的MIL-STD-1553B数据帧发送至后端的被控制设备，进行后续的动作与反馈。
如图2至图5所示，对于FC-AE-1553转换MIL-STD-1553B的实现，FC-AE-1553通过FPGA处理，将数据通过PCIe与控制器连接，处理器对数据进行处理，MIL-STD-1553B接口接收数据ARM接收，ARM先做处理，然后通过FC-AE-1553传送至远端控制终端。对于FC-AE-1553转换MIL-STD-1553B的协议转换，设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553功能，初始化MIL-STD-1553B功能。NC发送状态查询帧。NT端接收数据放入环形缓冲队列内。FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将其转换为MIL-STD-1553B数据。被控设备接收NT的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息。同时返回状态信息。对于FC-AE-1553转换MIL-STD-1553B的帧间转换流程，定义FC-AE-1553帧中位号为MIL-STD-1553B通道号，数据参数定义为MIL-STD-1553B的ID号，指针内容定义为MIL-STD-1553B的数据段。转换将FC-AE-1553数据填入MIL-STD-1553B帧中。
如图2至图5所示，当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后，首先根据报文标识判断帧的类型，从而确定转发通道为1553B，解析NC数据帧的位号可得到转发数据的1553B通道号；同时通过NC数据帧的数据参数字段，参考MIL-STD-1553B协议可得出MIL-STD-1553B数据帧的种类(命令字，数据字或者状态字)；依据通信双方的协议规定，MIL-STD-1553B数据帧的数据段内容可由NC数据帧的指令内容解析得到；之后调用MIL-STD-1553B发送函数即可将解析得出的MIL-STD-1553B数据帧发送至后端的被控制设备，进行后续的动作与反馈。
图6所示为NT具体实现方法结构框图，如图6所示，NT处理器采用ARM处理器采用NXP公司QorlQ系列LS2088A芯片，8核心Cortex-A72，工作频率2.0GHz，数据处理能力300Gflops以上。保证系统在数据处理，多任务调度的处理能力。芯片内部集成的控制器。FC-AE-1553选用FPGA-IP核实现，用PCIe Gen3.0X4与ARM控制器进行数据互通，FPGA使用Xilinx公司K7系列可编程逻辑器件，内部集成了FC-AE-1553双冗余控制器和PCIe Gen3.0控制器软核，软核内部逻辑连接FPGA集成的GTX高速收发器实现对应功能。FPGA的GPIO端口连接光电耦合器，将FPGA与外部IO控制进行光电隔离，可以控制电平方式驱动的控制信号。MIL-STD-1553B控制器选用FPGA和HI-2579作为控制器和收发器，输出链路MIL-STD-1553B与控制系统进行磁隔离，保证MIL-STD-1553B功能的可靠性。
本发明提供了一种基于ARM处理器和FPGA的FC-AE-1553转MIL-STD-1553B非透明桥接的技术,能够满足电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用,和高低速总线相互转换的应用。本发明在特定情况下将低速1553B时控制总线与高速FC-AE-1553总线非透明桥接，可以满足控制信息的长距离传输，电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用和高低速总线相互转换的应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统，其特征在于，包括：NC端、NT端和被控制设备节点；
NC端包括控制器和FC-AE-1553模块，NT端包括ARM处理器、FPGA、MIL-STD-1553B收发器、网络变压器和光纤通讯模块；FPGA内嵌IP核形式实现FC-AE-1553通讯接口，运行时间通过FC-AE-1553对时协议进行时间同步；
设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553，初始化1553B，将1553B初始化为BUSControl模式，NC端发送状态查询帧，NT端接收数据放入环形缓冲队列内，FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将转换为1553B数据，被控设备接收NT端的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息，同时返回状态信息，当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后，首先根据报文标识判断帧的类型，从而确定转发通道为1553B，解析NC数据帧的位号可得到转发数据的MIL-STD-1553B通道号；同时通过NC数据帧的数据参数字段，参考MIL-STD-1553B协议可得出MIL-STD-1553B数据帧的种类；依据通信双方的协议规定，MIL-STD-1553B数据帧的数据段内容由NC数据帧的指令内容解析得到；之后调用MIL-STD-1553B发送函数，将解析得出的MIL-STD-1553B数据帧发送至后端的被控制设备，进行后续的动作与反馈。
2.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统，其特征在于，NT处理器采用ARM处理器,通过处理器进行数据处理将FC-AE-1553数据与MIL-STD-1553B数据相互转换。
3.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统，其特征在于，FC-AE-1553选用FPGA-IP核实现，用PCIe与ARM控制器进行数据互通。
4.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统，其特征在于，FPGA内部集成FC-AE-1553控制器和MIL-STD-1553B控制器。
5.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统，其特征在于，MIL-STD-1553B功能是用FPGA-IP核实现控制器和HI-2579实现收发器网络变压器。
6.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与MIL-STD-1553B总线非透明桥接系统，其特征在于，定义FC-AE-1553帧中位号为MIL-STD-1553B通道号，数据参数定义为MIL-STD-1553B的ID号，指针内容定义为MIL-STD-1553B的数据段，转换将FC-AE-1553数据填入MIL-STD-1553B帧中。
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