CN114189403A - 基于fpga的电通信总线和光纤总线转换模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,包括供电电路、时钟电路、FPGA逻辑电路、DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电路、串口通讯电路、1M 1553B接口电路和光纤1553B接口电路;所述时钟电路、FPGA逻辑电路、DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电路、串口通讯电路、1M 1553B接口电路和光纤1553B接口电路均与FPGA逻辑电路相连。本发明的优点和有益效果是:通过FPGA内部逻辑控制,通过控制外围接口电路,实现了1M 1553B总线与光纤1553B总线设备之间的通讯,具有集成度高、可操作性强,稳定高效等特点。

Description

基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块
技术领域
本发明涉及航空航天领域和军事通信领域,具体涉及一种基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块。
背景技术
1553B数据总线具有双向输出特性,实时性和可靠性高,广泛应用航天系统和军事领域。其特点采用曼彻斯特II码,半双工工作方式。1553B数据总线用的是指令/ 响应型通信协议。
最常用的1553B总线采用MIL-STD-1553B标准,工作频率是1Mb/s,要的硬件 部分为总线控制器(BC)、远端终端(RT)和可选用的总线监控器(MT)。通过变 压器和总线耦合器将各个模块连接形成拓扑网络。
随着数据量的增加以及更高的军事设施要求,FC-AE-1553标准也随之而来。FC-AE-1553与MIL-STD-1553B非常类似,但提供了更高的带宽。FC-AE-1553同样支 持多点通讯。其主要特点是采用光纤通讯。
它支持多种传输速率(133Mbit/sec到4 Gbit/sec),它的8-bit/10-bit编码方式提供了数据的完整性和高可靠性。通过光纤收发器将各个模块连接在一起。
因此,本文提供了一种基于FPGA的1M1553B总线和光纤1553B总线转换的实现方法,此方法通过协议电路的转换,实现了1M 1553B总线与光纤1553B总线设备 之间的通讯。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷,提供一种基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块。通过FPGA内部逻辑控制,通过控制外围接口电路,实现了1M 1553B总线与光纤1553B总线设备之间的通讯。
本发明的技术方案如下:
一种基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,包括供电电路、时钟电路、FPGA逻辑电路、DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电路、串口通 讯电路、1M1553B接口电路和光纤1553B接口电路;所述时钟电路、FPGA逻辑电路、 DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电路、串口通讯电路、1M 1553B 接口电路和光纤1553B接口电路均与FPGA逻辑电路相连;所述供电电路用于提供本 装置电源,所述时钟电路是提供给FPGA逻辑电路时钟的电路,所述DDR3存储电路 用于数据存储,所述FLASH程序存储电路用于存储FPGA逻辑程序,所述SPI从配 置电路用于留给外部用户直接配置内部逻辑电路,所述串口通讯电路用于进行串口调 试与间接配置FPGA逻辑电路内部1M 1553B IP和光纤1553B IP寄存器,所述光纤 1553B接口电路用于将FPGA逻辑电路生成的光纤1553高速曼彻斯特码差分信号通 过光模块产生光纤1553信号。
本发明的优点和有益效果是:通过FPGA内部逻辑控制,通过控制外围接口电路,实现了1M 1553B总线与光纤1553B总线设备之间的通讯,具有集成度高、可操作性 强,稳定高效等特点。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块的连接原理框图。
图2是本发明FPGA内部Block Design的连接框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为 了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接, 或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中 间媒介间接相连,可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可 以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示,一种基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,包括供电电路、 时钟电路、FPGA逻辑电路、DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电 路、串口通讯电路、1M 1553B接口电路和光纤1553B接口电路;所述时钟电路、FPGA 逻辑电路、DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电路、串口通讯电路、 1M 1553B接口电路和光纤1553B接口电路均与FPGA逻辑电路相连;所述供电电路 用于提供本装置电源,所述时钟电路是提供给FPGA逻辑电路时钟的电路,所述DDR3 存储电路用于数据存储,所述FLASH程序存储电路用于存储FPGA逻辑程序,所述 SPI从配置电路用于留给外部用户直接配置内部逻辑电路,所述串口通讯电路用于进 行串口调试与间接配置FPGA逻辑电路内部1M 1553B IP和光纤1553B IP寄存器,所 述光纤1553B接口电路用于将FPGA逻辑电路生成的光纤1553高速曼彻斯特码差分 信号通过光模块产生光纤1553信号。
所述供电电路用于提供本装置电源,从航插连接器引入24V DC电源,采用 MINMAX的24S05电源模块转换出5V二级电源,产生的5V电源经过ADI的LT4644 电源模块产生3.3V、2.5V、1.8V和1.0V电源,提供给后级各电路。
所述时钟电路是提供给FPGA逻辑电路时钟,采用SiT公司的LVDS时钟晶振, 产生125M时钟和200M时钟,采用唐山精锐的7050晶振产生40M单端逻辑。
所述FPGA逻辑电路采用赛灵思公司7K325T FPGA芯片,作为协议处理芯片, 实现控制所有的接口电路,其内部逻辑Block Design如图2所示;首先,搭建 MicroBLaze IP,作为协处理器,产生M_AXI总线,通过AXI_SMART_CONNENCT 地址映射控制相应的S_AXI总线;包括S_AXI_EMC、S_AXI_DDR、S_AXI_UART 和S_AXI_SPI;MicroBLaze通过S_AXI_DDR运行应用程序在DDR3存储电路,并 且各1553B总线缓存在DDR中;MicroBLaze通过S_AXI_EMC控制EMC转换出EMC 总线,控制1M 1553B IP和FC 1553BIP,产生1M 1553B总线接口和光纤1553BSERDES接口;MicroBLaze通过S_AXI_UART扩展标准UART接口,与外部通信, 可以打印MicroBLaze调试信息或配置应用程序参数;MicroBLaze通过S_AXI_SPI 扩展标准SPI接口,配置应用程序参数或通过MicroBLaze控制1M 1553B IP和光纤 1553B IP寄存器。
所述DDR3存储电路用于数据存储,采用TPS51200芯片通过1.5V产生0.75VDDR 参考电压;采用镁光的2颗256MB DDR3存储颗粒,受FPGA逻辑电路控制,将1553B 数据写入DDR中,并及时读取需要的数据。
所述FLASH程序存储电路用于存储FPGA逻辑程序,FPGA芯片通过SPI主接口 引出SPI X4信号,连接到镁光公司M25Q256M FLASH上,并设计7*2标准JTAG接 口,通过JTAG接口控制,实现烧写程序与逻辑仿真。
所述SPI从配置电路用于留给外部用户直接配置内部逻辑电路,用户可通过此接口实现配置FPGA逻辑电路内部1M 1553B IP和光纤1553B IP寄存器或配置应用程序 参数,实现1553总线终端控制。
所述串口通讯电路用于进行串口调试与间接配置FPGA逻辑电路内部1M 1553B IP和光纤1553B IP寄存器,采用美信MAX3232芯片,将FPGA产生的UART转换成 标准RS232接口,与用户端设备通信,打印调试信息或配置应用程序参数。
所述1M 1553B接口电路用于将FPGA逻辑电路生成的1M 1553LVTTL信号转换 成标准曼彻斯特码并且进行电压转换的电路。采用HOLT公司HI1587芯片将FPGA 逻辑电路生成的1M 1553LVTTL转换成差分曼彻斯特码信号,差分1M 1553B信号经 过B-3226变压器,采用变压器耦合的方式接入BJ77插头,用户可通过BJ77将本设 备1M 1553B接入拓扑网络中。
所述光纤1553B接口电路用于将FPGA逻辑电路生成的光纤1553高速曼彻斯特 码差分信号通过光模块产生光纤1553信号,采用中航海信HTS4301光模块转换成 2.5Gbps光信号与外部设备通信。
以上对本发明的实例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说 明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方 式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围 之中。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,包括供电电路、时钟电路、FPGA逻辑电路、DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电路、串口通讯电路、1M 1553B接口电路和光纤1553B接口电路;所述时钟电路、FPGA逻辑电路、DDR3存储电路、FLASH程序存储电路、SPI从配置电路、串口通讯电路、1M 1553B接口电路和光纤1553B接口电路均与FPGA逻辑电路相连;所述供电电路用于提供本装置电源,所述时钟电路是提供给FPGA逻辑电路时钟的电路,所述DDR3存储电路用于数据存储,所述FLASH程序存储电路用于存储FPGA逻辑程序,所述SPI从配置电路用于留给外部用户直接配置内部逻辑电路,所述串口通讯电路用于进行串口调试与间接配置FPGA逻辑电路内部1M 1553B IP和光纤1553B IP寄存器,所述光纤1553B接口电路用于将FPGA逻辑电路生成的光纤1553高速曼彻斯特码差分信号通过光模块产生光纤1553信号。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述供电电路采用MINMAX的24S05电源模块转换出5V二级电源,产生的5V电源经过ADI的LT4644电源模块产生3.3V、2.5V、1.8V和1.0V电源,提供给后级各电路。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述时钟电路分别采用SiT公司的LVDS时钟晶振产生125M时钟和200M时钟,采用唐山精锐的7050晶振产生40M单端逻辑。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述FPGA逻辑电路采用赛灵思公司7K325T FPGA芯片,作为协议处理芯片,实现控制所有的接口电路;其内部搭建MicroBLaze IP,作为协处理器,产生M_AXI总线,通过AXI_SMART_CONNENCT地址映射控制相应的S_AXI总线;包括S_AXI_EMC、S_AXI_DDR、S_AXI_UART和S_AXI_SPI;MicroBLaze通过S_AXI_DDR运行应用程序在DDR3存储电路,并且各1553B总线缓存在DDR中;MicroBLaze通过S_AXI_EMC控制EMC转换出EMC总线,控制1M 1553B IP和FC1553BIP,产生1M1553B总线接口和光纤1553B SERDES接口;MicroBLaze通过S_AXI_UART扩展标准UART接口,与外部通信,可以打印MicroBLaze调试信息或配置应用程序参数;MicroBLaze通过S_AXI_SPI扩展标准SPI接口,配置应用程序参数或通过MicroBLaze控制1M1553B IP和光纤1553B IP寄存器。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述DDR3存储电路采用TPS51200芯片通过1.5V产生0.75VDDR参考电压;采用镁光的2颗256MBDDR3存储颗粒,受FPGA逻辑电路控制,将1553B数据写入DDR中,并及时读取需要的数据。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述FLASH程序存储电路采用镁光公司M25Q256M FLASH,通过SPI主接口引出SPI X4信号与所述FPGA逻辑电路相连,并设计7*2标准JTAG接口,通过JTAG接口控制,实现烧写程序与逻辑仿真。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述SPI从配置电路用于留给外部用户直接配置内部逻辑电路,用户可通过此接口实现配置FPGA逻辑电路内部1M 1553B IP和光纤1553B IP寄存器或配置应用程序参数,实现1553总线终端控制。
8.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述串口通讯电路采用美信MAX3232芯片,将FPGA逻辑电路产生的UART转换成标准RS232接口,与用户端设备通信,打印调试信息或配置应用程序参数。
9.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述1M 1553B接口电路采用HOLT公司HI1587芯片将FPGA逻辑电路生成的1M1553LVTTL转换成差分曼彻斯特码信号,差分1M 1553B信号经过B-3226变压器,采用变压器耦合的方式接入BJ77插头,用户可通过BJ77将本设备1M 1553B接入拓扑网络中。
10.根据权利要求1所述的基于FPGA的电通信总线和光纤总线转换模块,其特征在于,所述光纤1553B接口电路采用中航海信HTS4301光模块转换成2.5Gbps光信号与外部设备通信。
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