0 引言

    隨著航空電子系統(tǒng)綜合化程度越來越高,，1394總線系統(tǒng)中的設(shè)備復(fù)雜程度提高,，為實(shí)現(xiàn)1394總線系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化要求，設(shè)計(jì)一種飛管1394總線接口模塊成為必然,。模塊采用統(tǒng)一設(shè)計(jì),，便于遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)與總線網(wǎng)絡(luò)的連接；為提高信號質(zhì)量,，采用辮接方式,；并實(shí)現(xiàn)信息收/發(fā)和相關(guān)總線信息的監(jiān)控功能。

    飛管1394總線接口模塊安裝在飛機(jī)管理系統(tǒng)總線上遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的成品單元內(nèi),，提供了遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)與飛機(jī)管理系統(tǒng)總線通信的能力,。該接口模塊可提供滿足飛機(jī)管理系統(tǒng)總線要求相關(guān)的物理層和鏈路層硬件需求，采用辮接方式實(shí)現(xiàn)1394總線接口與飛機(jī)管理系統(tǒng)的連接,，完成飛機(jī)管理系統(tǒng)總線與LRU主機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)通信,。

1 接口模塊設(shè)計(jì)

    飛管1394總線接口模塊設(shè)計(jì)遵循1394總線通信系統(tǒng)的五層協(xié)議，如圖1所示,。其中,，物理層與數(shù)據(jù)鏈路層由接口模塊的硬件實(shí)現(xiàn)；1394協(xié)議通過FPGA邏輯和驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn),；應(yīng)用軟件和驅(qū)動(dòng)軟件駐留在上位機(jī)中,，應(yīng)用軟件通過調(diào)用驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)主機(jī)對模塊基本資源的訪問、數(shù)據(jù)通信,、模塊狀態(tài)控制,、狀態(tài)信息讀取等功能^[1]。

1.1 硬件架構(gòu)

    飛管1394總線接口模塊實(shí)現(xiàn)1394總線接口,、協(xié)議解析/處理及數(shù)據(jù)收發(fā)等功能,，同時(shí)對外提供PCI或異步總線接口，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互,，其硬件功能框圖如圖2所示,。

    飛管1394總線接口模塊由FPGA芯片,、鏈路層電路、物理層電路,、1394接口電路,、主機(jī)接口電路、復(fù)位電路,、時(shí)鐘電路,、電源電路以及其他輔助電路等部分組成，各功能模塊描述分別如下：

    (1)FPGA電路：采用Actel公司大規(guī)模器件A3PE3000,，主要實(shí)現(xiàn)接口控制,、SAE AS5643協(xié)議處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?sup>[2]；

    (2)鏈路層：支持1394a協(xié)議,，實(shí)現(xiàn)鏈路層配置,、總線組包和解包功能；

    (3)物理層：支持1394b協(xié)議,，實(shí)現(xiàn)總線仲裁以及收發(fā)數(shù)據(jù)編解碼功能；

    (4)耦合變壓器：變壓器作為物理層芯片和總線傳輸介質(zhì)之間的耦合器件,，起到了對接收和發(fā)送終端的隔離保護(hù)作用,，防止總線上的干擾或脈沖對核心器件的損害，增強(qiáng)了接口模塊的可靠性和防護(hù)能力^[3],；

    (5)測溫電路：實(shí)現(xiàn)對模塊的溫度采集和監(jiān)控,，對模塊進(jìn)行健康管理；

    (6)復(fù)位電路：實(shí)現(xiàn)模塊的上電復(fù)位功能,，確保上電后該模塊的電路單元工作在穩(wěn)定狀態(tài)下,，上電復(fù)位采用RC上電防抖動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)，提供給FPGA和PHY芯片作為復(fù)位輸入,；

    (7)時(shí)鐘電路：為FPGA,、鏈路層和物理層芯片提供工作時(shí)鐘；

    (8)電源電路：支持DC-DC轉(zhuǎn)換,，為接口模塊提供工作電源,。

    飛管1394總線接口模塊實(shí)現(xiàn)單節(jié)點(diǎn)RN功能，在接口模塊硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,，兼容PCI和異步總線兩種主機(jī)接口,。其中PCI接口采用標(biāo)準(zhǔn)的PCI信號，主機(jī)通過接口模塊上的TOLC連接器訪問硬件資源并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,，完成FPGA與主機(jī)的通信,；異步總線接口支持兩種處理器：            TMS320C6000系列和TMS320F281x系列，對應(yīng)的外總線接口分別為EMIF接口和XINTF接口,。

1.2 邏輯設(shè)計(jì)

    飛管1394總線接口模塊的功能主要由FPGA實(shí)現(xiàn),，F(xiàn)PGA系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。主要功能模塊包括：主機(jī)接口單元、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)存儲區(qū),、接收和發(fā)送消息配置DPRAM,、配置表加載單元、寄存器主控模塊,、DM控制模塊,、DM接口和MC接口模塊、I²C接口模塊,。

    其中寄存器主控模塊主要實(shí)現(xiàn)寄存器的訪問,；配置表加載模塊將內(nèi)部Flash中存儲的特定格式配置表數(shù)據(jù)加載到寄存器和消息配置區(qū)中，并支持配置表頭,、配置表數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)及配置表加載重試功能,。DM控制模塊主要完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能；DM接口模塊完成寫發(fā)送數(shù)據(jù),、讀接收數(shù)據(jù),、VPC校驗(yàn)（接收消息）、處理CRC錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包等功能,。MC接口模塊主要完成對鏈路層芯片寄存器的讀寫訪問,、獲取端口狀態(tài)信息以及對鏈路層芯片進(jìn)行初始化配置等功能；I2C接口模塊完成對I²C芯片寄存器的訪問功能,。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

    飛管1394總線接口模塊驅(qū)動(dòng)軟件作為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)硬件資源的中間層,，由主機(jī)應(yīng)用軟件調(diào)用，實(shí)現(xiàn)接口模塊初始化,、通信及獲取節(jié)點(diǎn)狀態(tài)等功能,。

    驅(qū)動(dòng)軟件包括4個(gè)功能模塊：系統(tǒng)控制接口、系統(tǒng)配置接口,、消息控制接口,、通用控制接口，具體驅(qū)動(dòng)功能框圖如圖4所示,。

    系統(tǒng)控制接口主要實(shí)現(xiàn)初始化,、獲取邏輯版本、獲取配置表版本及軟件版本功能,，提供獲取模塊狀態(tài)信息的軟件接口,。

    系統(tǒng)配置接口主要實(shí)現(xiàn)獲取總線接口模塊芯片ID、總線周期狀態(tài)及BIT結(jié)果等功能,，并提供對應(yīng)功能軟件接口,。

    消息控制接口主要實(shí)現(xiàn)收發(fā)異步流包、收發(fā)時(shí)間應(yīng)答消息,、接收STOF包及獲取消息計(jì)數(shù)的功能,，提供應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)通信接口,。

    通用控制接口主要包含DPRAM訪問接口、AS5643訪問接口,、1394鏈路層訪問接口和配置區(qū)訪問接口,，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軟件訪問硬件資源的功能。

2 技術(shù)優(yōu)勢

    與同類總線接口模塊相比,，飛管1394總線接口模塊主要技術(shù)優(yōu)勢如下：

    (1)創(chuàng)新性地將1394總線信號通過辮接電纜方式引出,，降低了信號衰減，提高了信號傳輸質(zhì)量,；

    (2)兼容PCI和異步總線兩種接口,，滿足不同成品多種主機(jī)接口的需求，解決產(chǎn)品統(tǒng)型問題,；

    (3)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)多余度總線配置功能,，提出了一種支持四余度總線配置表結(jié)構(gòu)及加載方案，滿足某機(jī)載產(chǎn)品多位置自適應(yīng)的應(yīng)用要求,；

    (4)1394總線信號采用變壓器耦合方式引出,，提供3個(gè)Beta模式的端口，端口傳輸速率均可配置,；

    (5)創(chuàng)新性地提出S100B,、S200B速率下的信號質(zhì)量性能指標(biāo)，完成1394接口物理層信號完整性分析,、設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，有效地提高了總線信號傳輸質(zhì)量,，保障了數(shù)據(jù)傳輸可靠性^[4],；

    (6)與國外同類產(chǎn)品相比功耗較低（不大于2 W）、體積更小,、重量更輕（包含連接器和最大長度線纜在內(nèi)約170 g）,、可靠性高，應(yīng)用范圍更廣,，滿足機(jī)載及地面環(huán)境應(yīng)用需求,。

3 測試及驗(yàn)證

    針對1394總線協(xié)議對接口模塊的功能、性能及電氣特性要求,，根據(jù)AS5643協(xié)議體系中的相關(guān)測試協(xié)議,，分別對該模塊的產(chǎn)品功能、電氣特性,、環(huán)境適應(yīng)性等進(jìn)行了全面測試^[5],。如圖5構(gòu)建驗(yàn)證平臺對其功能、性能進(jìn)行驗(yàn)證,。測試機(jī)箱與處理器機(jī)箱相連作為RN節(jié)點(diǎn),，便攜式仿真器作為CC節(jié)點(diǎn),。通過串口線將便攜式仿真器與PC連接、測試機(jī)箱與便攜式仿真器間用1394線纜連接,，實(shí)現(xiàn)CC節(jié)點(diǎn)與RN節(jié)點(diǎn)之間的信息交互,。

    按照飛管系統(tǒng)要求，分別對接口模塊的功能,、電氣特性及環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行詳細(xì)測試,，測試項(xiàng)及測試結(jié)果如表1所示，所有測試項(xiàng)均測試通過,，滿足飛管系統(tǒng)對接口模塊的測試要求^[6],。

4 結(jié)論

    通過對飛管1394總線的接口模塊功能、性能,，試驗(yàn),，系統(tǒng)聯(lián)試，試飛驗(yàn)證等進(jìn)行測試,，結(jié)果表明,，飛管1394總線接口模塊實(shí)時(shí)性強(qiáng)，確定性強(qiáng),，性能穩(wěn)定,、可靠，并通過國軍標(biāo)軟件工程化測試,，滿足機(jī)載安全關(guān)鍵子系統(tǒng)高速,、可靠、接口統(tǒng)一的要求,，為航天,、船舶等領(lǐng)域1394總線產(chǎn)品開發(fā)提供設(shè)計(jì)參考和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙彬,，田澤,，楊峰，等.基于AS5643協(xié)議的接口模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,，2013,，23(8)：100-102.

[2] SAE AS5643/2 IEEE-1394b interface requirements for and aerospace vehicle applications[S].2006.

[3] SAEAS5643/1 S400 copper mediainterface characteristics over extended distances[S].2004.

[4] Sai Haowei.Analysis of a SAE AS5643 Mil-1394b based high-speed avionics network architecture for space and defense applications[C].Proc.of IEEE Aerospace Conference.[s.l.]:[s.n.]，2007.

[5] SAE AS5706 test plan/procedure for AS5643/1 S400 copper media interface characteristics over extended distances[S].2007.

[6] SAE AS5657 test plan/procedure for AS5643 IEEE-1394b interface requirements for  and aerospace vehicle applications[S].2007.