CN220043437U - 多路arinc-429总线控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种多路ARINC‑429总线控制系统，属于通信技术领域。所述多路ARINC‑429总线控制系统包括：控制器，用于完成多路ARINC‑429总线数据的收发；其中，所述控制器为ZYNQ FPGA；连接在所述控制器一端的多路ARINC‑429总线；以及连接在所述控制器另一端的网络芯片，所述网络芯片用于实现与远程终端之间的以太网通讯。本实用新型方案只使用一个控制器，通过逻辑实现多路429总线数据收发，利用嵌入式软核实现网络服务，在数据传输交互方面都是基于器件内部实现，避免额外的硬件外设使用，极大的降低了硬件实现成本与电路功耗。

Description

多路ARINC-429总线控制系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体地涉及一种多路ARINC-429总线控制系统。

背景技术

ARINC-429总线由于其性能稳定、抗干扰性强、传输精度高等优点被广泛应用于各种航空设备的数据采集与控制命令发送。对于数据监控终端设备，其需要处理多个设备发送的ARINC-429总线数据信息，对数据进行处理后再发送给远程用户或者控制终端使用。数据监控端设备需要使用电路控制系统实现多路ARINC-429总线数据的收发处理，同时将大量处理后的数据通过外设接口发送出去。ARINC-429总线传输可以使用专用的总线协议芯片，或者使用FPGA等控制器实现。区别于传统使用ARINC-429总线协议芯片实现ARINC-429总线协议，FPGA管脚多且配置灵活在多路429总线数据收发系统中通过逻辑实现总线协议具有明显的成本优势。多路429数据要进行处理汇总后通过外设接口发送出去，以太网接口在技术实现与经济性上具有较明显优势。然而FPGA逻辑实现以太网UDP/TCP网络传输与远程控制终端设备人机交互功能方面很麻烦,借助于CPU通过运行Linux、Vxworks等操作系统可以很方便的通过以太网接口实现批量数据的远程传输与远程控制终端的交互。基于传统的技术方案，需要使用FPGA实现429总线协议数据采集，FPGA再通过以太网、USB或PCIE等接口将429数据传输给CPU，CPU再通过以太网接口完成汇总429数据的远程传输。该方案需要使用两个控制器，CPU与FPGA之间的数据交互需要额外的硬件外设接口，不仅成本较高，且增加了FPGA与CPU端的技术开发复杂度。

针对现有基于ARINC-429总线进行数据传输存在的开发难度大和构建成本高的问题，需要创造一种新的多路ARINC-429总线控制方案。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的是提供一种多路ARINC-429总线控制系统，以至少解决现有基于ARINC-429总线进行数据传输存在的开发难度大和构建成本高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种多路ARINC-429总线控制系统，所述多路ARINC-429总线控制系统包括：控制器，用于完成多路ARINC-429总线数据的收发；其中，所述控制器为ZYNQ FPGA；连接在所述控制器一端的多路ARINC-429总线；以及连接在所述控制器另一端的网络芯片，所述网络芯片用于实现与远程终端之间的以太网通讯。

可选的，所述控制器包括：逻辑端和软核端；所述逻辑端与所述多路ARINC-429总线连接；所述软核端与所述网络芯片连接。

可选的，所述多路ARINC-429总线包括：多路429接收模块和多路429发送模块；所述多路429接收模块和所述多路429发送模块一并接入所述逻辑端；各路429接收模块和各路429发送模块之间的逻辑实现一致。

可选的，所述429发送模块包括：波特率生成器、429数据发送状态机和数据编码器。

可选的，所述429接收模块包括：波特率生成器、429数据接收状态机和数据译码器。

可选的，各路429发送模块后端均接有一个电平转换芯片，所述电平转换芯片用于将控制器CMOS电平转换到429电平。

可选的，各路429接收模块后端均接有一个电平转换芯片，所述电平转换芯片用于将429电平转换到控制器CMOS电平。

可选的，所述逻辑端和所述软核端之间通过AXI_Lite总线接口进行数据交互。

可选的，所述网络芯片为网络PHY芯片。

可选的，所述网络芯片另一端还接有网络变压器。

通过上述技术方案，本实用新型方案基于ZYNQ FPGA做核心控制器，使用ZYNQFPGA PL端逻辑实现429总线协议完成多路ARINC-429总线数据的收发，使用ZYNQ FPGA PS端运行Linux等操作系统对数据进行批量处理，并通过以太网接口发送多路汇总429数据。可以远程实现多路429总线设备数据的采集与监控，只使用一个控制器，通过逻辑实现多路429总线数据收发，利用嵌入式软核实现网络服务，在数据传输交互方面都是基于器件内部实现，避免额外的硬件外设使用，极大的降低了硬件实现成本与电路功耗。

本实用新型实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施方式，但并不构成对本实用新型实施方式的限制。在附图中：

图1是本实用新型一种实施方式提供的多路ARINC-429总线控制系统的系统结构图；

图2是本实用新型一种实施方式提供的429发送模块逻辑实现原理框图；

图3是本实用新型一种实施方式提供的429接收模块逻辑实现原理框图。

附图标记说明

10-控制器；20-网络芯片；30-429发送模块；40-429接收模块；50-电平转换芯片；60-网络变压器；

101-软核端；102-逻辑端。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

ARINC-429总线由于其性能稳定、抗干扰性强、传输精度高等优点被广泛应用于各种航空设备的数据采集与控制命令发送。对于数据监控终端设备，其需要处理多个设备发送的ARINC-429总线数据信息，对数据进行处理后再发送给远程用户或者控制终端使用。数据监控端设备需要使用电路控制系统实现多路ARINC-429总线数据的收发处理，同时将大量处理后的数据通过外设接口发送出去。ARINC-429总线传输可以使用专用的总线协议芯片，或者使用FPGA等控制器10实现。区别于传统使用ARINC-429总线协议芯片实现ARINC-429总线协议，FPGA管脚多且配置灵活在多路429总线数据收发系统中通过逻辑实现总线协议具有明显的成本优势。多路429数据要进行处理汇总后通过外设接口发送出去，以太网接口在技术实现与经济性上具有较明显优势。然而FPGA逻辑实现以太网UDP/TCP网络传输与远程控制终端设备人机交互功能方面很麻烦,借助于CPU通过运行Linux、Vxworks等操作系统可以很方便的通过以太网接口实现批量数据的远程传输与远程控制终端的交互。基于传统的技术方案，需要使用FPGA实现429总线协议数据采集，FPGA再通过以太网、USB或PCIE等接口将429数据传输给CPU，CPU再通过以太网接口完成汇总429数据的远程传输。该方案需要使用两个控制器10，CPU与FPGA之间的数据交互需要额外的硬件外设接口，不仅成本较高，且增加了FPGA与CPU端的技术开发复杂度。

针对现有基于ARINC-429总线进行数据传输存在的开发难度大和构建成本高的问题，本实用新型方案提出一种新的多路ARINC-429总线控制系统，本实用新型方案基于ZYNQFPGA做核心控制器10，使用ZYNQ FPGA PL端逻辑实现429总线协议完成多路ARINC-429总线数据的收发，使用ZYNQ FPGA PS端运行Linux等操作系统对数据进行批量处理，并通过以太网接口发送多路汇总429数据。可以远程实现多路429总线设备数据的采集与监控，只使用一个控制器10，通过逻辑实现多路429总线数据收发，利用嵌入式软核实现网络服务，在数据传输交互方面都是基于器件内部实现，避免额外的硬件外设使用，极大的降低了硬件实现成本与电路功耗。

图1是本实用新型一种实施方式提供的多路ARINC-429总线控制系统的系统结构图。如图1所示，本实用新型实施方式提供一种多路ARINC-429总线控制系统，所述系统包括：控制器10，用于完成多路ARINC-429总线数据的收发；其中，所述控制器10为ZYNQ FPGA；连接在所述控制器10一端的多路ARINC-429总线；以及连接在所述控制器10另一端的网络芯片20，用于实现与远程终端之间的以太网通讯。

在本实用新型实施例中，ZYNQ系列，是赛灵思公司(Xilinx)推出的行业第一个可扩展处理平台，旨在为视频监视、汽车驾驶员辅助以及工厂自动化等高端嵌入式应用提供所需的处理与计算性能水平。其相对与传统的FPGA，具有很多显著的优势，比如，可以使用FPGA构建IO外围电路，可以使用第三方设计的IP核在FPGA中实现，ZYNQ中包含了cortex-A级别的应用处理器，可以跑Linux(操作系统内核)操作系统。

优选的，所述控制器10包括：逻辑端102和软核端101；所述逻辑端102与所述多路ARINC-429总线连接；所述软核端101与所述网络芯片20连接。

在本实用新型实施例中，ZYNQ FPGA做系统核心控制器10，其包括逻辑端102(PL)与软核端101(PS)；PL端外接429发送模块30 429_Tx[1..n]与429接收模块40429_Rx[1..n]实现ARINC-429总线接收与发送逻辑处理；各发送与接收模块逻辑实现一致可以复用，且之间相互独立不影响，系统根据可以外扩多路429发送与接收总线接口。

优选的，所述多路ARINC-429总线包括：多路429接收模块40和多路429发送模块30；所述多路429接收模块40和所述多路429发送模块30一并接入所述逻辑端102；各路429接收模块40和各路429发送模块30之间的逻辑实现一致。

优选的，所述429发送模块30包括：波特率生成器、429数据发送状态机和数据编码器。

在本实用新型实施例中，如图2，发送模块429_Tx包括波特率生成器(Buad_Gen)、429数据发送状态机、数据编码器，波特率生成器根据系统时钟Sys_CLK生成429数据同步时钟，AXI总线数据先写入FIFO缓存，发送状态机当FIFO中有数据以后启动，按429总线协议对数据进行打包，添加校验位等处理，处理后的数据输入数据编码器进行编码处理，将数据按照429总线数据编码方式输出。

优选的，所述429接收模块40包括：波特率生成器、429数据接收状态机和数据译码器。

在本实用新型实施例中，如图3，接收模块429_Rx包括波特率生成器(Buad_Gen)、429数据接收状态机、数据译码器等，波特率生成器根据系统时钟Sys_CLK生成429数据同步时钟，429总线数据经过译码器后，接收状态机在同步时钟下根据总线数据电平变化状态开始接收数据，接收到完整一包数据后写入FIFO，AXI总线读取429总线数据时从FIFO中读取缓存数据。

优选的，各路429发送模块30后端均接有一个电平转换芯片50，用于将控制器10CMOS电平转换到429电平。

在本实用新型实施例中，PL端发送模块429_Tx通过逻辑实现429总线协议数据发送，通过电平转换芯片50实现硬件电气连接。例如，外接LVCMOS转429电平芯片实现FPGALVCMOS 3.3V电平到429电平转换，电平转换芯片50使用HOLT公司型号为HI-8596PSI的单路429电平驱动器。

优选的，各路429接受模块后端均接有一个电平转换芯片50，用于将429电平转换到控制器10CMOS电平。

在本实用新型实施例中，PL端接收模块429_Rx通过逻辑实现429总线协议数据接收，通过电平转换芯片50实现硬件电气连接。例如，外接429转LVCMOS电平芯片实现429电平到FPGA LVCMOS 3.3V电平转换，电平转换芯片50使用HOLT公司型号为HI-8444PSI的四路429电平接收器。

优选的，所述逻辑端102和所述软核端101之间通过AXI_Lite总线接口进行数据交互。

在本实用新型实施例中，PL端与PS端通过AXI_Lite总线接口进行数据交互，每个429_Tx发送模块通过AXI_Lite总线进行封装连接到AXI总线上；每个429_Rx接收模块也通过AXI_Lite总线进行封装连接到AXI总线上；PS端通过读写对应429_Rx或429_Tx模块外设在内存中映射的地址空间来实现429数据的采集与发送控制。

优选的，所述网络芯片20为网络PHY芯片。

在本实用新型实施例中，PS端驱动网络PHY芯片实现以太网通讯，网络PHY芯片可以使用MARVELL公司型号为88E1518的芯片，通过嵌入的ARM核运行Linux或VxWorks系统，系统通过TCP/UDP网络协议将采集到的429数据发送到远程终端；远程终端通过网络将429控制命令发送给FPGA PS端，PS端接收命令后控制PL端429_Tx模块将命令数据发送给设备。

优选的，所述网络芯片20另一端还接有网络变压器60。

在本实用新型实施例中，网络变压器60是消费级PCI网卡上都具备的设备，也被称为数据泵或网络隔离变压器。它在一块网卡上所起的作用主要有两个，一是传输数据，它把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端；一是隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平，以防止不同电压通过网线传输损坏设备。除此而外，网络变压器60还能对设备起到一定的防雷保护作用。

在一种可能的实施方式中，ZYNQ FPGA在原有的FPGA基础上嵌入了ARM9核，其分为逻辑端102(PL)和软核端101(PS),PL端使用逻辑可以实现ARINC-429总线协议。ARINC-429总线是一种低速串行通讯协议，PL端根据其数据包特性对其数据进行打包发送或解析。FPGA输出的电平一般是LVCMOS电平，要实现ARINC-429总线的传输需要通过电平转换芯片50实现。

PL端通过429_Tx与429_Rx模块实现429总线协议，为在多路429总线系统中可以重复使用该逻辑，将其封装成AXI接口的IP，这样系统需要实现几路429总线数据收发只要连接几个对应的429_Rx或429_Tx模块即可。通过AXI总线传输429数据是一种高效的实现FPGA与CPU数据交互的方式，相较于采用其它接口方式减少了硬件外设成本，降低电路面积，在传输单Bit数据方面做到了最低的成本与功耗。因为429需要将数据传输到远程控制端，在实现网络数据传输与控制方面，CPU可以运行操作系统使用成熟的以太网络服务协议实现，这是FPGA所不具备的。但CPU无法自身实现429总线协议，且其管脚无法配置不能挂载多路429数据总线。本实用新型使用ZYNQ FPGA做控制器10，结合FPGA与CPU的优势，实现了多路429总线数据的采集与远程监控系统，其成本低、功耗低、效率高、实现简单。

以上结合附图详细描述了本实用新型的可选实施方式，但是，本实用新型实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施方式的技术构思范围内，可以对本实用新型实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施方式的思想，其同样应当视为本实用新型实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述多路ARINC-429总线控制系统包括：

控制器，用于完成多路ARINC-429总线数据的收发；其中，所述控制器为ZYNQ FPGA；

连接在所述控制器一端的多路ARINC-429总线；以及

连接在所述控制器另一端的网络芯片，所述网络芯片用于实现与远程终端之间的以太网通讯。

2.根据权利要求1所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述控制器包括：

逻辑端和软核端；

所述逻辑端与所述多路ARINC-429总线连接；

所述软核端与所述网络芯片连接。

3.根据权利要求2所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述多路ARINC-429总线包括：

多路429接收模块和多路429发送模块；

所述多路429接收模块和所述多路429发送模块一并接入所述逻辑端；

各路429接收模块和各路429发送模块之间的逻辑实现一致。

4.根据权利要求3所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述429发送模块包括：

波特率生成器、429数据发送状态机和数据编码器。

5.根据权利要求3所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述429接收模块包括：

波特率生成器、429数据接收状态机和数据译码器。

6.根据权利要求3所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，各路429发送模块后端均接有一个电平转换芯片，所述电平转换芯片用于将控制器CMOS电平转换到429电平。

7.根据权利要求3所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，各路429接收模块后端均接有一个电平转换芯片，所述电平转换芯片用于将429电平转换到控制器CMOS电平。

8.根据权利要求2所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述逻辑端和所述软核端之间通过AXI_Lite总线接口进行数据交互。

9.根据权利要求1所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述网络芯片为网络PHY芯片。

10.根据权利要求1所述的多路ARINC-429总线控制系统，其特征在于，所述网络芯片另一端还接有网络变压器。