CN204578555U - 一种基于usb接口的1553b总线通讯设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，用于航空电子技术领域，包括FPGA芯片、1553B收发器、隔离变压器、时码编解码模块、温度传感器、程序存储模块、电源管理模块、USB接口模块、电气错误注入模块、协议错误注入模块、总线信号采集模块、高速数据缓存模块，解决了现有的1553B总线产品拔插麻烦、成本高、不方便在便携式电脑上及外场使用，不方便进行总线可靠性测试，不具备总线信号分析功能的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空电子技术领域，特别涉及一种基于USB接口的1553B总线通讯设备。
背景技术
MIL-STD-1553B总线简称1553B总线，是20世纪70年代由美国公布的一种多路传输数据总线标准。1553B总线具有确定的传输延迟、可靠的传输能力，以及较强的容错能力等特点，通信效率高，修改、扩充和维护简便。最早应用在飞机上，用于解决航空电子系统中如控制计算机、平显、导航、传感器、外挂管理等各子系统之间的互联以及大量的数据传输。目前已被广泛的应用到航空、航天、舰船、导弹等领域。
国内现有的1553B总线通信接口卡，主要采用PCI总线、VXE总线、ISA总线以及PC104总线等板卡形式插到计算机相应插槽上使用。可以为不同设备在不同接口间实现互联协同工作，提高了航空通信效率。但是，这种插槽式的1553B卡，需要打开电脑机箱组网，便携性差，成本高，不适合进行现场测试。其次，按照《RT有效性》和《BC有效性》的要求，需要对总线注入不同层面的错误信号如协议错误，电气错误等，以检测设备对这些错误产生的响应来判断总线的可靠性，但现有的1553B接口板卡一般不具备测试模块，不便于实验室调试人进行总线可靠性测试。最后，现有的1553B总线产品不具备总线信号分析的功能，所以在实验室或外场调试过程中，工作人员需要携带沉重的示波器等其他辅助设备，耗费过多成本，费时费力。
发明内容
本实用新型的目的是解决现有的1553B总线产品拔插麻烦、成本高、不方便在便携式电脑上及外场使用，不方便进行总线可靠性测试，不具备总线信号分析功能的问题,为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，包括FPGA芯片、1553B收发器、隔离变压器、时码编解码模块、温度传感器、程序存储模块、电源管理模块、USB接口模块、电气错误注入模块、协议错误注入模块、总线信号采集模块。
所述USB接口模块，一端连接FPGA芯片，一端外接USB总线，提供连接FPGA芯片的本地总线，实现USB总线协议处理，完成USB总线连接的主机端和FPGA芯片之间的数据交互。
所述电气错误注入模块，在FPGA芯片的控制下往1553B总线上注入幅值和频率可变的正弦波或梯形波，完成电气错误的注入和检测。
所述协议错误注入模块，内含于FPGA芯片中，用于往1553B总线上注入协议错误数据。
所述总线信号采集模块，在FPGA芯片的控制下，从1553B收发器输出端采集1553B总线信号，用于1553B总线信号的测试、分析。
所述FPGA芯片，用于实现1553B总线协议的处理、与主机端的交互、并对其连接的模块实现控制。
所述1553B收发器，一端连接FPGA芯片，一端通过隔离变压器连接1553B总线，一端连接总线信号采集模块，用于完成1553B总线信号的单极性曼切斯特编码和双极性曼切斯特编码的转换，并实现1553B总线信号的幅值可编程。
所述隔离变压器，一端外接1553B总线，一端连接1553B收发器，用于实现1553B总线信号的隔离，并实现信号的比例转换。
所述时码编解码模块，连接所述FPGA芯片，用于实现时间计时，并将当前的时间信息输出给FPGA芯片。
所述温度传感器，连接所述FPGA芯片，用于检测当前工作环境温度，并在超出工作环境温度范围时提供报警功能。
所述程序存储模块，连接FPGA芯片，用于存储FPGA的程序，设备上电时，FPGA芯片从该模块读取配置程序。
优化地，所述基于USB接口的1553B总线通讯设备还包括高速数据缓存模块，提供大容量的数据存储空间，在FPGA芯片的控制下，实现数据的快速访问。
所述电源管理模块，用于给所述FPGA芯片、1553B收发器、时码编解码模块、温度传感器、程序存储模块、USB接口模块、电气错误注入模块、总线信号采集模块、高速数据缓存模块供电。
由上述技术方案可知，本实用新型具有以下有益效果：
1.通过采用USB接口模块，解决了现有的1553B总线产品拔插麻烦、成本高、不方便在便携式电脑上及外场使用的问题，利于携带、方便组网、成本低，且技术支持到位、质量可靠，具有很大的实际应用价值和市场潜力。
2.通过采用电气错误注入模块、协议错误注入模块，解决了现有的1553B总线产品不方便进行总线可靠性测试的问题，为实验室人员或现场测试人员带了极大的方便。
3.通过采用总线信号采集模块，解决了现有的1553B总线产品不具备总线信号分析功能的问题，不需要工作人员携带沉重的示波器等其他辅助设备到现场，省时省力。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型所述基于USB接口的1553B总线通讯设备的功能框图。
图2为本实用新型所述基于USB接口的1553B总线通讯设备优化的功能框图。
图3为本实用新型所述基于USB接口的1553B总线通讯设备应用的体系架构。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型所述基于USB接口的1553B总线通讯设备的功能框图。所述基于USB接口的1553B总线通讯设备，包括FPGA芯片17、1553B收发器14、隔离变压器13、时码编解码模块19、温度传感器11、程序存储模块18、电源管理模块12、USB接口模块20、电气错误注入模块16、协议错误注入模块21、总线信号采集模块15。
USB接口模块20，一端连接FPGA芯片17，一端外接USB总线，提供连接FPGA芯片的本地总线，实现USB总线协议处理，完成USB总线连接的主机端和FPGA芯片17之间的数据交互。该模块采用Cypress公司的CY7C68013A芯片，最高可支持480Mbps，足够满足1553B总线要求。以24MHz晶振为基准，上电后CY7C68013A芯片会检测I2C接口读取EEPROM中的数据，并据其对芯片内部寄存器进行配置。
电气错误注入模块16，在FPGA芯片17的控制下往1553B总线上注入幅值和频率可变的正弦波或梯形波，完成电气错误的注入和检测。该模块采用数字信号发生器来产生各种电气上的错误信号，通过SPI接口与FPGA芯片17连接。
协议错误注入模块21，内含于FPGA芯片17中，用于往1553B总线上注入协议错误数据。注入的错误数据类型包括奇偶校验错误、同步头反向、曼切斯特编码错误、字长或字段、位错误、消息间隔错误、响应时间过短、无响应、数据字错误、错误的状态字等。
总线信号采集模块15，在FPGA芯片17的控制下，从1553B收发器14输出端采集1553B总线信号，用于1553B总线信号的测试、分析。该模块由运放电路，模拟数字转化器组成，实现对总线信号的采集功能。结合软件可以完成类似示波器显示的功能，用户可以设置不同的触发条件，当检测到总线上有满足要求的信号时，对当前总线信号实施采集，在1553B总线层面进行原始数据显示和错误分析。
FPGA芯片17，用于实现1553B总线协议的处理、与主机端的交互、并对其连接的模块实现控制。FPGA选用Xilinx公司生产的Spartan 6系列芯片，具有资源丰富，功耗低、配置方便等特点，可以实现1553B总线消息的处理以及外围电路不同功能模块的控制。
1553B收发器14，一端连接FPGA芯片17，用于实现1553B总线信号的单极性曼切斯特编码和双极性曼切斯特编码之间的转换，并实现1553B总线信号的幅值可编程。该收发器采用HOLT IC的HI-1570，采用+5V供电，内部集成了幅值可编程的控制单元，可完成1553B总线信号电压值的变化。
隔离变压器13，一端外接1553B总线，一端连接1553B收发器14，用于实现1553B总线信号的隔离，并实现信号的比例转换。
时码编解码模块19，连接FPGA芯片17，用于实现时间计时，并将当前的时间信息输出给FPGA芯片17。该模块支持IRIG-B DC、IRIG-B AC、同步时钟和脉冲信号的输入和输出，可以接收外部统一的时间信息，也可以作为时标源把时标输出给其他的设备。
温度传感器11，连接所述FPGA芯片17，用于检测当前工作环境温度，并在超出工作环境温度范围时提供报警功能。该传感器的温度监控范围为-25℃到85℃，通过I2C总线把当前的温度信息传输给FPGA芯片17。
程序存储模块18，连接FPGA芯片17，用于存储FPGA的程序，设备上电时，FPGA芯片17从该模块读取配置程序。该模块采用SPI总线接口的W25Q64的Flash芯片，存储空间为64Mbit，SPI总线采用4线式，最高时钟可达22MHz。
如图2所示，为本实用新型所述基于USB接口的1553B总线通讯设备优化的功能框图。所述基于USB接口的1553B总线通讯设备在图1的基础上还包括高速数据缓存模块22，提供大容量的数据存储空间，在FPGA芯片17的控制下，实现数据的快速访问。该模块采用DDR3SDRAM芯片，接口的访问速度为333MHz，容量为1Gbit，平均的读写速度达到400MB/s。
电源管理模块12，用于给所述FPGA芯片17、1553B收发器14、时码编解码模块19、温度传感器11、程序存储模块18、USB接口模块20、电气错误注入模块16、总线信号采集模块15、高速数据缓存模块22供电。通过USB总线提供+5V500mA的电源输入，通过内部的电源管理芯片转换成3.3V,2.5V,1.5V,1.2V和0.75V供给其他电路模块使用。
如图3所示，为本实用新型所述基于USB接口的1553B总线通讯设备应用的体系架构。该设备需和USB设备驱动、1553B应用程序接口、用户自定义程序和仿真测试软件FlightPack-1553B一起工作。
USB设备驱动，完成USB设备的初始化、管理，并为基于USB接口的1553B总线通讯设备与1553B应用程序接口通信提供通道，支持Windows XP,Windows7，Windows 8，Linux2.6等系统。其工作流程如下：
1.USB设备的工作方式是上电后计算机自动识别，USB设备的各种驱动程序保存在主机端，每次接通USB设备后自动下载固件代码到芯片，此芯片是通过其独特的枚举和重举实现的。插入USB设备后自动开始第一次枚举，下载固件驱动程序被启动，由计算机向USB设备下载固件代码。USB设备执行下载的固件代码，自动开始第二次枚举。
2.第二次枚举后，通用驱动程序被启动，它负责主机端应用程序和USB设备的通信。当收到第一个来自主机端的setup包后，第二次枚举结束，此时USB设备开始执行固件中的循环体，重复执行用户程序子函数TD_POLL()，此子函数的功能就是USB设备要完成的功能，相当于USB设备的用户应用程序。在执行循环体的同时，固件程序实时检测来自主机端的setup包，一旦检测到就执行相应的请求操作。
3.当上层应用程序删除该基于USB接口的1553B总线通讯设备或者该设备被拔出，该USB设备驱动自动释放各种资源，并从设备列表中移除该设备。
1553B应用程序接口完成1553B各类功能单元的功能控制和消息处理。功能单元包括总线控制器、远程终端及总线监视器，提供轮询和中断两种消息的控制方法。
用户自定义程序和仿真测试软件FlightPack-1553B完成同样的功能，即根据具体的应用编排1553B总线消息时序和控制方法。用户自定义程序为用户自行编写的程序，可以是命令行程序也可以是窗口程序，根据特定的需求编写的功能较为单一的程序。FlightPack-1553B是该设备自带的窗口程序，可演示1553B总线通信、错误注入、总线信号采集、温度监控等功能，方便用户熟悉使用该设备。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，包括FPGA芯片、1553B收发器、隔离变压器、时码编解码模块、温度传感器、程序存储模块、电源管理模块，其特征在于：
所述基于USB接口的1553B总线通讯设备还包括USB接口模块、电气错误注入模块、协议错误注入模块、总线信号采集模块；
所述USB接口模块，一端连接FPGA芯片，一端外接USB总线，提供连接FPGA芯片的本地总线，实现USB总线协议处理，完成USB总线连接的主机端和FPGA芯片之间的数据交互；
所述电气错误注入模块，在FPGA芯片的控制下往1553B总线上注入幅值和频率可变的正弦波或梯形波，完成电气错误的注入和检测；
所述协议错误注入模块，内含于FPGA芯片中，用于往1553B总线上注入协议错误数据；
所述总线信号采集模块，在FPGA芯片的控制下，从1553B收发器输出端采集1553B总线信号，用于1553B总线信号的测试、分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述FPGA芯片，用于实现1553B总线协议的处理、与主机端的交互、并对其连接的模块实现控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述1553B收发器，一端连接FPGA芯片，一端通过隔离变压器连接1553B总线，一端连接总线信号采集模块，用于完成1553B总线信号的单极性曼切斯特编码和双极性曼切斯特编码的转换，并实现1553B总线信号的幅值可编程。
4.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述隔离变压器，一端外接1553B总线，一端连接1553B收发器，用于实现1553B总线信号的隔离，并实现信号的比例转换。
5.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述时码编解码模块，连接所述FPGA芯片，用于实现时间计时，并将当前的时间信息输出给FPGA芯片。
6.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述温度传感器，连接所述FPGA芯片，用于检测当前工作环境温度，并在超出工作环境温度范围时提供报警功能。
7.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述程序存储模块，连接FPGA芯片，用于存储FPGA的程序，设备上电时，FPGA芯片从该模块读取配置程序。
8.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述基于USB接口的1553B总线通讯设备还包括高速数据缓存模块，提供大容量的数据存储空间，在FPGA芯片的控制下，实现数据的快速访问。
9.根据权利要求8所述的一种基于USB接口的1553B总线通讯设备，其特征在于：
所述电源管理模块，用于给所述FPGA芯片、1553B收发器、时码编解码模块、温度传感器、程序存储模块、USB接口模块、电气错误注入模块、总线信号采集模块、高速数据缓存模块供电。
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