CN213814371U - 一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡 - Google Patents

Abstract

一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡，包括：电源管理、PCIe总线接口、现场可编程逻辑器件、非易失存储器、同步动态随机存储器、4路1553B总线模块、总线信号电压幅值控制模块、1553B总线信号采集模块、1553B总线接插件、IRIG B时码电路、离散IO、RS485、RS232、接插件。提供四个双冗余的1553B通道，满足MIL‑STD‑1553B、GJB289A协议标准。PCIe总线接口用现场可编程逻辑器件实现，无需桥芯片；采用现场可编程逻辑器件作为核心处理器件，用于实现自主研发的1553B IP核。板载大容量同步动态随机存储器用于1553B总线消息的缓存。同时，还具有1553B总线波形监控、IRIG‑B AC/DC的编解码、温度和电压监控功能。作为PCIe规格的板卡，配套FlightPack‑1553B总线分析软件能够用于带PCIe插槽的机箱及嵌入式系统中。

Description

一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡

技术领域

本实用新型涉及一种航空电子网络通讯装置领域，尤其涉及一种PCIe规格的1553B总线通讯装置。

背景技术

MIL-STD-1553B总线简称1553B总线，1553B总线是飞机内部时分制命令/响应式多路复用数据总线。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的特点，通信效率高，修改、扩充和维护简便。目前已被广泛的应用到航空机载电子系统、航天飞行器、飞机综合航电系统、装甲车辆综合电子系统、舰船综合电子系统、导弹这些领域，构建仿真模拟及测试系统平台。

随着计算机技术的不断发展和数据传输带宽的日益增长，高速数据传输和海量数据存储对总线技术的发展提出了挑战，而PCI Express总线作为第三代高性能IO总线技术已广泛应用于工控领域和航空航天，其完善的性能、强大的扩展性和较低的成本使得PCIExpress将逐渐取代第二代总线接口而成为PC机和工控机的主要接口。但是目前国内常见的1553B总线板卡有PCI、CPCI、PMC、PC104p和PC104规格，这些板卡都是PCI总线接口的，可应用于传统的工控机、嵌入式主板中，不能满足现代机箱的使用。

发明内容

为了解决1553B应用于现代工控机的需求和提高主机接口的总线带宽的问题，本实用新型提供了一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡。该板卡支持4路双冗余1553B，使用自主研发的协议处理IP CORE，内部集成了同步动态随机存储器保证了多路1553B通道的实时数据收发。配套FlightPack-1553B总线分析软件，能实现错误检测和注入、分析总线数据和总线波形采集。同时，作为全高半长的PCIe板卡，能应用于现代带PCIe插槽的工业平板电脑、无风扇工控机、加固手持平板以及小型嵌入式主板中。

所述的一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡的硬件电路包括：电源管理、PCIe总线接口、现场可编程逻辑器件、非易失存储器、同步动态随机存储器、4路1553B总线模块、总线信号电压幅值控制模块、1553B总线信号采集模块、1553B总线接插件、IRIG B时码电路、离散IO 、RS485、RS232、接插件。

其中，电源管理连接到现场可编程逻辑器件、非易失存储器、同步动态随机存储器、4路1553B总线模块、总线信号电压幅值控制模块、1553B总线信号采集模块、IRIG B时码电路、离散IO、RS485、RS232。把输入的+12V电源转换成各模块需要的电压值，为各模块进行供电。

PCIe总线接口连接电源管理、现场可编程逻辑器件，板卡通过PCIe总线接口实现上位机对1553B总线的控制，并且提供+12V电源给电源管理。

现场可编程逻辑器件连接电源管理、PCIe总线接口、非易失存储器、同步动态随机存储器、4路1553B总线模块、总线信号电压幅值控制模块、1553B总线信号采集模块、IRIG B时码电路、离散IO、RS485、RS232，现场可编程逻辑器件是整个实用新型的核心处理器，采用FPGA实现。

非易失寄存器连接电源管理、现场可编程逻辑器件，用来存储实用新型的逻辑固件。

同步动态随机存储器连接电源管理、现场可编程逻辑器件，实现1553B总线消息的缓存。

4路1553B总线模块连接现场可编程逻辑器件和1553B总线接插件，4路1553B总线模块包含1553B收发器和隔离变压器，1个1553B收发器和2个隔离变压器实现单通道双冗余的1553B总线信号的发送和接收，所述一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡采用4个单个1553B收发器和8个隔离变压器实现4路双冗余的1553B通道。

总线信号电压幅值控制模块连接电源管理、现场可编程逻辑器件和4路1553B总线模块，由现场可编程逻辑器件控制该模块的输出电压，主要是为4路1553B总线模块提供参考电压，实现1553B总线幅值可调的功能。

总线信号采集模块包括两个运算放大器和一个ADC，连接到现场可编程逻辑器件和4路1553B总线收发模块；1553B总线收发模块中隔离变压器前级的信号连接到ADC前端的两个运算放大器，经过运算放大器处理后的信号，连接到ADC的输入上，由ADC完成1553B总线信号的模数转换，ADC的输出连接到现场可编程逻辑器件上，由现场可编程逻辑器件上实现对ADC数字输出的信号做进一步处理。

1553B总线接插件，连接4路1553B总线收发模块和1553B总线采集模块，是板卡1553B总线进行信息传输的连接器。

IRIG B时码电路，连接电源管理、现场可编程逻辑器件和接插件，实现IRIG-B DC的编码和解码，用于1553B系统中的时钟同步。

接插件连接IRIGB时码电路、离散IO、RS485和RS232，是这些模块和外部进行信息交互连接枢纽。

所述一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡核心部件是现场可编程逻辑器件，包括：内存总线、控制总线、PCIe总线功能模块、字节存储器访问控制器、1553B协议处理模块、同步动态随机存储控制器、总线信号采集处理模块、IRIG-B AC/DC编解码模块、XADC温度监控模块、全局寄存器。

PCIe总线功能模块通过控制总线，连接字节存储器访问控制器、1553B协议处理模块、总线信号采集模块、全局寄存器。

1553B协议处理模块包括BC模块、RT模块、BM模块、1553B编码器/解码器、时码模块、自检测模块。连接内存总线和控制总线，主要用于实现1553B协议规定的总线控制器BC功能、远程终端RT功能、总线监控器BM功能，以及1553B总线的曼彻斯特的编码和解码功能，给1553B消息添加时间标签，和自检测功能。通过例化1553B协议处理模块来实现四个通道的1553B功能。

总线信号采集处理模块，连接控制总线，按照上位机软件配置的工作模式，将满足条件的ADC输出的数字信号保存到块RAM中，并上传给上位机，实现对1553B总线波形进行监控和分析。

IRIG-B AC/DC编解码模块，实现IRIG-B DC的编码和解码，连接全局寄存器，用于1553B系统中的时钟同步。

XADC温度监控模块，采用现场可编程逻辑器件中的XADC IP核实现，用于板卡温度和电压的监控。

全局寄存器，连接到控制总线，主要用于离散IO、IRIG-B DC编解码的控制、板卡实时温度的提供、硬件和固件的版本信息的提供这些功能。

上述的PCIe总线功能模块、字节存储器访问控制器、1553B协议处理模块通过内存总线，来共同访问同步动态随机存储控制器；通过连接控制总线，来访问总线信号采集处理模块、IRIG-B AC/DC编解码模块、1 XADC温度监控模块、全局寄存器这些模块的寄存器。

本实用新型的有益效果是，该板卡提供四个双冗余的1553B通道，1553B收发器采用集成隔离变压器的低功耗CMOS双收发器；PCIe总线接口用现场可编程逻辑器件实现，无需桥芯片；该板卡采用现场可编程逻辑器件作为核心处理器件，用于实现自主研发的1553BIP核。使用CDMA的方式进行大数据量的数据传输，从而提高了消息的处理能力和主机接口的数据传输带宽。板载大容量同步动态随机存储器用于1553B总线消息的缓存。同时，还具有1553B总线波形监控、IRIG-B AC/DC的编解码、温度和电压监控功能。作为PCIe规格的板卡，能够用于带PCIe插槽的工业平板电脑、无风扇工控机、加固手持平板以及小型嵌入式系统中。

下面结合附图和实施例对本实用新型一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡做进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡的电路原理框图。

图2是本实用新型一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡的现场可编程逻辑器件功能框图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡的电路原理框图。所述的一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡的硬件电路包括：电源管理1、PCIe总线接口2、现场可编程逻辑器件3、非易失存储器4、同步动态随机存储器5、4路1553B总线模块6、总线信号电压幅值控制模块7、1553B总线信号采集模块8、1553B总线接插件9、IRIG B时码电路10、离散IO 11、RS485 12、RS232 13、接插件14。

其中，电源管理1连接到现场可编程逻辑器件3、非易失存储器4、同步动态随机存储器5、4路1553B总线模块6、总线信号电压幅值控制模块7、1553B总线信号采集模块8、IRIGB时码电路10、离散IO 11、RS485 12、RS232 13。把输入的+12V电源转换成各模块需要的电压值，为各模块进行供电。

PCIe总线接口2连接电源管理1、现场可编程逻辑器件3，板卡通过PCIe总线接口2实现上位机对1553B总线的控制，并且提供+12V电源给电源管理1。

现场可编程逻辑器件3连接电源管理1、PCIe总线接口2、非易失存储器4、同步动态随机存储器5、4路1553B总线模块6、总线信号电压幅值控制模块7、1553B总线信号采集模块8、IRIG B时码电路10、离散IO 11、RS485 12、RS232 13，现场可编程逻辑器件3是整个实用新型的核心处理器，采用FPGA实现。

非易失寄存器4连接电源管理1、现场可编程逻辑器件3，用来存储实用新型的逻辑固件。

同步动态随机存储器5连接电源管理1、现场可编程逻辑器件3，实现1553B总线消息的缓存。

4路1553B总线模块6连接现场可编程逻辑器件3和1553B总线接插件9，4路1553B总线模块6包含1553B收发器和隔离变压器，1个1553B收发器和2个隔离变压器实现单通道双冗余的1553B总线信号的发送和接收，所述一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡采用4个单个1553B收发器和8个隔离变压器实现4路双冗余的1553B通道。

总线信号电压幅值控制模块7连接电源管理1、现场可编程逻辑器件3和4路1553B总线模块6，由现场可编程逻辑器件3控制该模块的输出电压，主要是为4路1553B总线模块6提供参考电压，实现1553B总线幅值可调的功能。

总线信号采集模块8包括两个运算放大器和一个ADC，连接到现场可编程逻辑器件3和4路1553B总线收发模块6；1553B总线收发模块中隔离变压器前级的信号连接到ADC前端的两个运算放大器，经过运算放大器处理后的信号，连接到ADC的输入上，由ADC完成1553B总线信号的模数转换，ADC的输出连接到现场可编程逻辑器件上，由现场可编程逻辑器件3上实现对ADC数字输出的信号做进一步处理。

1553B总线接插件9，连接4路1553B总线收发模块6和1553B总线采集模块8，是板卡1553B总线进行信息传输的连接器。

IRIG B时码电路10，连接电源管理1、现场可编程逻辑器件3和接插件14，实现IRIG-B DC的编码和解码，用于1553B系统中的时钟同步。

接插件14连接IRIGB时码电路、离散IO、RS485和RS232，是这些模块和外部进行信息交互连接枢纽。

如图2所示，为本实用新型一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡的现场可编程逻辑器件功能框图。包括：内存总线18、控制总线19、PCIe总线功能模块20、字节存储器访问控制器21、1553B协议处理模块22、同步动态随机存储控制器23、总线信号采集处理模块24、IRIG-B AC/DC编解码模块25、XADC温度监控模块26、全局寄存器27。

PCIe总线功能模块20通过控制总线19，连接字节存储器访问控制器21、1553B协议处理模块22、总线信号采集模块24、全局寄存器27。

1553B协议处理模块22包括BC模块、RT模块、BM模块、1553B编码器/解码器、时码模块、自检测模块。连接内存总线18和控制总线19，主要用于实现1553B协议规定的总线控制器BC功能、远程终端RT功能、总线监控器BM功能，以及1553B总线的曼彻斯特的编码和解码功能，给1553B消息添加时间标签，和自检测功能。通过例化1553B协议处理模块22来实现四个通道的1553B功能。

总线信号采集处理模块24，连接控制总线19，按照上位机软件配置的工作模式，将满足条件的ADC输出的数字信号保存到块RAM中，并上传给上位机，实现对1553B总线波形进行监控和分析。

IRIG-B AC/DC编解码模块25，实现IRIG-B DC的编码和解码，连接全局寄存器27，用于1553B系统中的时钟同步。

XADC温度监控模块26，采用现场可编程逻辑器件3中的XADC IP核实现，用于板卡温度和电压的监控。

全局寄存器27，连接到控制总线19，主要用于离散IO、IRIG-B DC编解码的控制、板卡实时温度的提供、硬件和固件的版本信息的提供这些功能。

上述的PCIe总线功能模块20、字节存储器访问控制器21、1553B协议处理模块22通过内存总线18，来共同访问同步动态随机存储控制器；通过控制总线19，来访问总线信号采集处理模块24、IRIG-B AC/DC编解码模块25、1 XADC温度监控模块26、全局寄存器27这些模块的寄存器。

本实用新型的有益效果是，该板卡提供四个双冗余的1553B通道，1553B收发器采用集成隔离变压器的低功耗CMOS双收发器；PCIe总线接口用现场可编程逻辑器件实现，无需桥芯片；该板卡采用现场可编程逻辑器件作为核心处理器件，用于实现自主研发的1553BIP核。使用CDMA的方式进行大数据量的数据传输，从而提高了消息的处理能力和主机接口的数据传输带宽。板载大容量同步动态随机存储器用于1553B总线消息的缓存。同时，还具有1553B总线波形监控、IRIG-B AC/DC的编解码、温度和电压监控功能。作为PCIe规格的板卡，能够适用于带PCIe插槽的工业平板电脑、无风扇工控机、加固手持平板以及小型嵌入式系统中。

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 (2)

1.一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡，其特征是：

所述的一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡的硬件电路包括：电源管理、PCIe总线接口、现场可编程逻辑器件、非易失存储器、同步动态随机存储器、4路1553B总线模块、总线信号电压幅值控制模块、1553B总线信号采集模块、1553B总线接插件、IRIG B时码电路、离散IO 、RS485、RS232、接插件；

其中，电源管理连接到现场可编程逻辑器件、非易失存储器、同步动态随机存储器、4路1553B总线模块、总线信号电压幅值控制模块、1553B总线信号采集模块、IRIG B时码电路、离散IO、RS485、RS232，把输入的+12V电源转换成各模块需要的电压值，为各模块进行供电；

PCIe总线接口连接电源管理、现场可编程逻辑器件，板卡通过PCIe总线接口实现上位机对1553B总线的控制，并且提供+12V电源给电源管理；

现场可编程逻辑器件连接电源管理、PCIe总线接口、非易失存储器、同步动态随机存储器、4路1553B总线模块、总线信号电压幅值控制模块、1553B总线信号采集模块、IRIG B时码电路、离散IO、RS485、RS232，现场可编程逻辑器件是整个实用新型的核心处理器，采用FPGA实现；

非易失寄存器连接电源管理、现场可编程逻辑器件，用来存储实用新型的逻辑固件；

同步动态随机存储器连接电源管理、现场可编程逻辑器件，实现1553B总线消息的缓存；

4路1553B总线模块连接现场可编程逻辑器件和1553B总线接插件，4路1553B总线模块包含1553B收发器和隔离变压器，1个1553B收发器和2个隔离变压器实现单通道双冗余的1553B总线信号的发送和接收，所述一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡采用4个单个1553B收发器和8个隔离变压器实现4路双冗余的1553B通道；

总线信号电压幅值控制模块连接电源管理、现场可编程逻辑器件和4路1553B总线模块，由现场可编程逻辑器件控制该模块的输出电压，主要是为4路1553B总线模块提供参考电压，实现1553B总线幅值可调的功能；

总线信号采集模块包括两个运算放大器和一个ADC，连接到现场可编程逻辑器件和4路1553B总线收发模块；1553B总线收发模块中隔离变压器前级的信号连接到ADC前端的两个运算放大器，经过运算放大器处理后的信号，连接到ADC的输入上，由ADC完成1553B总线信号的模数转换，ADC的输出连接到现场可编程逻辑器件上，由现场可编程逻辑器件上实现对ADC数字输出的信号做进一步处理；

1553B总线接插件，连接4路1553B总线收发模块和1553B总线采集模块，是板卡1553B总线进行信息传输的连接器；

IRIG B时码电路，连接电源管理、现场可编程逻辑器件和接插件，实现IRIG-B DC的编码和解码，用于1553B系统中的时钟同步；

接插件连接IRIGB时码电路、离散IO、RS485和RS232，是这些模块和外部进行信息交互连接枢纽。

2.根据权利要求1所述的一种PCIe规格的1553B总线通讯板卡，其特征在于：

所述现场可编程逻辑器件，包括：内存总线、控制总线、PCIe总线功能模块、字节存储器访问控制器、1553B协议处理模块、同步动态随机存储控制器、总线信号采集处理模块、IRIG-B AC/DC编解码模块、XADC温度监控模块、全局寄存器；

PCIe总线功能模块通过控制总线，连接字节存储器访问控制器、1553B协议处理模块、总线信号采集模块、全局寄存器；

1553B协议处理模块包括BC模块、RT模块、BM模块、1553B编码器/解码器、时码模块、自检测模块，连接内存总线和控制总线，主要用于实现1553B协议规定的总线控制器BC功能、远程终端RT功能、总线监控器BM功能，以及1553B总线的曼彻斯特的编码和解码功能，给1553B消息添加时间标签，和自检测功能，通过例化1553B协议处理模块来实现四个通道的1553B功能；

总线信号采集处理模块，连接控制总线，按照上位机软件配置的工作模式，将满足条件的ADC输出的数字信号保存到块RAM中，并上传给上位机，实现对1553B总线波形进行监控和分析；

IRIG-B AC/DC编解码模块，实现IRIG-B DC的编码和解码，连接全局寄存器，用于1553B系统中的时钟同步；

XADC温度监控模块，采用现场可编程逻辑器件中的XADC IP核实现，用于板卡温度和电压的监控；

全局寄存器，连接到控制总线，主要用于离散IO、IRIG-B DC编解码的控制、板卡实时温度的提供、硬件和固件的版本信息的提供这些功能。

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