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基于FPGA的多功能航空总线 接口卡

阅读：96发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于FPGA的多功能航空总线接口卡专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于FPGA多功能航空总线接口卡，主要解决现有航空总线接口使用不灵活、集成度低、不同的总线设备间通信繁琐的问题。其包括：FPGA 电路、PLX9054桥接电路、接口电路、电源电路和VGA 背板。以FPGA电路为核心，对经接口电路接收的数据进行处理，由桥接电路将数据送至C PCI总线完成数据接收；通过接收来自CPCI总线的控制指令和数据，由FPGA电路完成数据处理，并经接口电路将该数据送至外部总线接口完成数据发送；VGA背板根据控制指令从输入的3路XGA 信号中选出一路输出并转为VGA信号送至视频采集设备。本发明通用性强、集成度高、操作便捷，可用于需要不同的总线间互相通信的航空电子设备。，下面是基于FPGA的多功能航空总线接口卡专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于FPGA的多功能航空总线接口卡，包括接口电路(3)、电源电路(4)，其特征在于：
接口电路(3)的输入端连接有FPGA电路(1)，用于数据缓存、数据发送并/串转换、数据接收串/并转换、数据组帧控制；该FPGA电路(1)的输出IO引脚并连有PLX9054桥接电路(2)和VGA 背板(5)，PLX9054桥接电路(2)用于接收C PCI总线或FPGA电路(1)的数据传输请求，将缓存数据送至相应的数据总线；VGA背板(5)用于接收FPGA电路(1)的视频切换控制信号，并将外部设备通过连接器输入的三路XGA信号选择一路转换为VGA信号；
所述FPGA电路(1)，包括：
接口读写控制模块(11)，用于完成CPCI总线上32bits数据的读写操作，将CPCI总线相关时序信号进行地址译码和时序控制；
数据发送缓存模块(12)，用于将接口读写控制模块(11)数据组帧后形成的32bits数据进行存储；
数据发送控制模块(13)，用于从数据发送缓存模块(12)读取多个32bits数据，并将读取的数据先按相应的数据格式进行并串转换，再按照约定的接口总线速率输出；
数据接收控制模块(14)，用于对外部输入的串行数据进行接收、帧头检测和串并转换，将转换后的数据按照设定的格式组帧为32bits数据；
数据接收缓存模块(15)，用于存储数据接收控制模块(14)组帧形成的32bits数据。
2.根据权利要求1所述的接口卡，特征在于，所述电源电路(4)，其的输出端分别与FPGA电路(1)、PLX9054桥接电路(2)、接口电路(3)、VGA背板(5)连接，为其供电。
3.根据权利要求1所述的接口卡，特征在于，所述VGA背板(5)，包括：视频切换开关(51)和XGA转VGA视频转换器(52)，该视频切换开关(51)的输入端与FPGA电路(1)连接，用于接收由其产生的视频切换控制信号，并从输入的三组XGA信号中选择其中一组XGA信号进行输出；该视频切换开关(51)的输出端与XGA转VGA视频转换器(52)连接，用于将视频切换开关(51)选出的一组XGA信号转换为VGA信号进行输出。
4.根据权利要求1所述的接口卡，特征在于，所述的数据发送控制模块(13)，包括：数据读取子模块(131)和数据组帧子模块(132)，该数据读取子模块(131)用于根据一次完整数据接收状态触发信号产生读取使能信号，将数据发送缓存模块(12)数据读出至输出数据组帧子模块(132)；该数据组帧子模块(132)用于将数据读取子模块(131)已读取数据按照相应的数据格式进行并/串转换送至输出端口。
5.根据权利要求1所述的接口卡，特征在于，所述的数据接收控制模块(14)，包括：帧头检测子模块(141)和数据重组子模块(142)，该帧头检测子模块(141)用于完成对外部输入的每一帧信号先进行串/并转换，再按约定的数据格式检测识别数据的一定位数，确定传输数据正确性后将数据送至数据重组子模块(142)；该数据重组子模块(142)用于将经帧头检测子模块(141)的数据进行按字节重组为数据接收缓存模块(15)需求数据长度的数据，并产生写使能信号，将重组数据送至数据接收缓存模块(15)。
6.根据权利要求1所述的接口卡，特征在于，所述PLX9054桥接电路(2)，其采用PCI协议处理芯片PLX9054或PLX9052芯片，工作于C模式，并选用EEPROM作为其配置芯片。
7.根据权利要求1所述的接口卡，特征在于，接口电路(3)，其采用HI2579、HI8591、HI8592、MAX3045、MAX3096和MAX3160芯片构成多个收发接口，以满足两路ARINC453、五路ARINC429、四路RS422及四路RS232的接口要求，其工作状态可由FPGA电路(1)灵活配置。

说明书全文

基于FPGA的多功能航空总线接口卡

技术领域

[0001] 本发明属于通信技术领域，特别涉及一种航空总线接口卡，可用于航空电子系统中。

背景技术

[0002] 随着数字技术的发展，越来越多的航空电子设备采用数字化技术，功能相对独立的航空电子系统逐步走向综合，各子系统之间的数据通信变得尤为重要，促使了航空总线应运而生。目前总线种类繁多，在航空电子系统中，主要是ARINC429、ARINC453。由于航空电子子系统间大多只是简单的单种总线协议，使不同总线设备间能互相通信变得十分必要。

[0003] 目前，ARINC429和ARINC453接口设计多采用进口的专用器件加以实现，如DeviCe Engineering公司的DEI-1016，INTERSIL公司的HS-3282和DDC公司的BU-61580等。其中DeviCe Engineering公司的DEI-1016需要与电平转换器BD429配套使用，包括一个单通发送器、两个独立的接收通道。INTERSIL公司的HS-3282是CMOS型429接口，它具有两路接收和一路发送。DDC公司的BU-61580是一种多协议接口芯片，它需要8位/16位/32位单片机、ARM、DSP或CPU作为总线接口主处理器，它有两个低功耗的双端口收发器。这些专用器件均为进口器件，价格较高，路数有限使用不够灵活，在完成多路多接口数据通信时需要多组芯片配合使用，导致硬件占用体积较大且不同的总线设备间互相通信繁琐，集成度不高。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种以基于FPGA的多功能航空总线接口卡，以有效降低系统体积，提高集成度，增加收发通道配置的灵活度。

[0005] 本发明的技术思路是：采用标准6U板卡尺寸，以FPGA作为核心控制，对接收到的多路ARINC429、ARINC453数据进行缓存、数据解码、串/并转换、数据组帧等处理，通过C PCI总线将数据传送至单板机完成数据接收；通过CPCI总线接收来自单板机的指令控制，在FPGA内部完成数据缓存、数据组帧，以需求的数据传输速率经ARINC429、ARINC45电平转换后将数据送至相对应的外部总线接口即完成数据发送。通过采用FPGA为核心控制的全数字电路，灵活设置和便捷的数据传输控制，以满足不同的总线设备间的互相通信。其实现方案如下：

[0006] 一种以基于FPGA的多功能航空总线接口卡，包括接口电路、电源电路，其特征在于：

[0007] 接口电路的输入端连接有FPGA电路，用于数据缓存、数据发送并/串转换、数据接收串/并转换、数据组帧控制；该FPGA电路的输出IO引脚并连有PLX9054桥接电路和VGA 背板，PLX9054桥接电路用于接收CPCI总线或FPGA电路的数据传输请求，将缓存数据送至相应的数据总线；VGA背板用于接收FPGA电路的视频切换控制信号，并将外部设备通过连接器输入的三路XGA信号选择一路转换为VGA信号；

[0008] 所述FPGA电路，包括：

[0009] CPCI接口读写控制模块，用于完成CPCI总线上32bits数据的读写操作，将CPCI总线相关时序信号进行地址译码和时序控制；

[0010] 数据发送缓存模块，用于将CPCI接口读写控制模块数据组帧后形成的32bits数据进行存储；

[0011] 数据发送控制模块，用于从数据发送缓存模块读取多个32bits数据，并将读取的数据先按相应的数据格式进行并串转换，再按照约定的接口总线速率输出；

[0012] 数据接收控制模块，用于对外部输入的串行数据进行接收、帧头检测和串并转换，将转换后的数据按照设定的格式组帧为32bits数据；

[0013] 数据接收缓存模块，用于存储数据接收控制模块组帧形成的32bits数据。

[0014] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0015] 1.本发明采用标准6U板卡尺寸，可通过CPCI总线与PC机或单板机完成数据传输，通用性强、操作便捷；

[0016] 2.本发明基于FPGA作为核心控制设计，综合了多路ARINC429、ARINC453航空总线接口及多路RS422、RS232通用通信串行接口，其集成度高、灵活性强，可通过接收CPCI总线控制指令完成不同的总线设备间的互相通信。附图说明

[0017] 图1为本发明的原理框图；

[0018] 图2为本发明中的FPGA电路框图。

[0019] 图3为本发明中的VGA背板电路框图

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本发明的实施例做进一步详细描述。

[0021] 参照图1，本实例的基于FPGA多功能总线接口卡，包括FPGA电路1、PLX9054桥接电路2、接口电路3、电源电路4和VGA背板5。该接口卡接收PC机/单板机/其他设备通过CPCI总线传输的控制指令和数据，既能完成外部ARINC453、ARINC429、RS422、RS232接口数据的接收和发送，也可完成上述接口数据之间的交互通信，同时还具有三路可切换XGA信号转为VGA 视频信号的功能。其中：

[0022] 所述FPGA电路1，其作为该接口卡的控制核心，通过PLX9054桥接电路2与CPCI总线进行数据传输，根据接收CPCI总线上的指令控制完成对外部接口数据的识别、缓存、串并转换及组帧等功能，通过接口电路3与外部设备接口完成通信，其结构如图2所示。

[0023] 所述PLX9054桥接电路2，采用PCI协议处理芯片PLX9054或PLX9052芯片，工作于C模式，并选用EEPROM作为其配置芯片，为CPCI总线和FPGA电路1之间的数据传输搭建一座硬件桥。

[0024] 所述接口电路3，采用HI2579、HI8591、HI8592、MAX3045、MAX3096和MAX3160芯片构成多个收发接口，可将输入的信号电平转换为输出端需求的信号电平，以满足两路ARINC453、五路ARINC429、四路RS422及四路RS232的接口要求，其收发模式、数据传输速率等工作状态均可由FPGA电路1灵活配置。

[0025] 所述电源电路4，通过对CPCI总线输入的标准电压进行变换后输出至FPGA电路1、PLX9054桥接电路2和接口电路3，为FPGA电路1、PLX9054桥接电路2及接口电路3的供电需求提供保障。

[0026] 所述VGA背板5，通过FPGA电路1发出的视频切换控制信号将外部输入的三组XGA信号中选择其中一组XGA信号转为VGA信号，有且只有1路输出至外部视频采集设备，即3路VGA信号之间互斥，同时只有1路可输出至视频采集设备，且输出的视频分辨率不低于1024*768，帧率不低于每秒24帧，其结构如图3所示。

[0027] 参照图2，所述FPGA电路1采用v5系列FPGA搭建硬件电路，主要完成接口数据收发过程中的串并转换、数据组帧、数据传输控制和接口芯片工作状态控制功能，其包括接口读写控制模块11、数据发送缓存模块12、数据发送控制模块13、数据接收控制模块14、数据接收缓存模块15。其中数据发送控制模块13包括数据读取子模块131和数据组帧子模块132；数据接收控制模块14包括帧头检测子模块141和数据重组子模块142。该接口读写控制模块
11接收CPCI总线控制信号，将CPCI总线数据缓存入数据发送缓存模块12；当一次完整数据存储完成时，数据发送缓存模块12产生数据接收状态触发信号作用于数据发送控制模块
13，即该模块中的数据读取子模块131，使数据读取子模块131产生读取使能信号，将数据发送缓存模块12数据读出传送至数据发送控制模块13，该模块中的数据组帧子模块132将数据读取子模块131已读取数据按照相应的数据格式进行并/串转换送至数据输出端口。数据接收过程是由数据接收控制模块14将串行输入的数据进行接收，该模块中的帧头检测子模块141对输入的每一帧信号先进行串/并转换，再按约定的数据格式检测识别数据的一定位数，确定传输数据正确性后将数据送至该模块中的数据重组子模块142；该数据重组子模块
142将经帧头检测子模块141的数据进行按字节重组为数据接收缓存模块15需求数据长度的数据，并产生写使能信号，并将重组后的数据缓存至数据接收缓存模块15，在接口读写控制模块11读信号有效时，将数据接收缓存模块15的数据送至CPCI总线。

[0028] 参照图3，所述的VGA背板5包括视频切换开关51和XGA转VGA视频转换器52。其采用MAX4885和AD8145芯片搭建硬件电路，并通过接插件输入的三路XGA格式的视频信号送至视频切换开关51，视频切换开关51根据由FPGA电路1产生的视频切换控制信号状态选出其中一路XGA视频信号送至XGA转VGA视频转换器52，XGA转VGA视频转换器52将XGA信号转为VGA视频信号输出至外部VGA接口。

[0029] 本实例的工作原理如下：

[0030] 本实例可接收外部设备通过CPCI总线传输的控制指令和数据，既能完成外部航空总线数据接口ARINC453、ARINC429和通用数据接口RS422、RS232数据的接收和发送，也可完成上述接口数据之间的交互通信，同时还具有三路可切换XGA信号转为VGA视频信号的功能。PLX9054桥接电路2通过CPCI接插件接收CPCI总线传输的控制指令和数据，经过其缓存转换至本地总线端口，即接口读写控制模块11，该模块根据传输过来的时序信号进行地址译码，并产生读写使能信号将总线上的32bits数据缓存至数据发送缓存模块12，当一次完整数据存储完成时，数据发送缓存模块12产生数据接收状态触发信号作用于数据读取子模块131，使数据读取子模块131产生读取使能信号，将数据发送缓存模块12数据读出传送至数据读取子模块131，数据组帧子模块132将数据读取的多组32bits数据按照相应的数据格式进行并/串转换送至接口电路3，该电路将输入的信号电平转换为外部设备接口需求的信号电平，以数据组帧子模块132设定的传输速率及数据格式通过接插件发送至外部设备接口。外部设备接口数据亦可通过接插件与本板卡连接，将标准的航空总线接口ARINC453、ARINC429数据或通用数据接口RS422、RS232数据输入至本板块接口电路3，该电路将输入的信号电平转换输入至帧头检测子模块141，该模块对输入的每一帧信号先进行串/并转换，再按约定的数据格式检测识别数据的一定位数，确定传输数据正确性后将数据送至数据重组子模块142；该模块将经帧头检测子模块141的数据进行按字节重组为32bits数据，并产生写使能信号，将重组后的数据缓存至数据接收缓存模块15，在接口读写控制模块11读信号有效时，将数据接收缓存模块15的数据以直接传输模式送至PLX9054桥接电路2，此电路将接收到数据转送至CPCI总线外部设备。各接口之间的交互通信即可通过FPGA内部数据处理转换完成，亦可将数据接收至CPCI总线外部设备，在外部设备完成数据识别、转换处理后再经本板卡以需求的数据格式将数据传输出去。本实例还可完成三路XGA信号转VGA信号输出功能，其原理是将外部输入的三路XGA信号经接插件送至视频切换开关51，视频切换开关51根据FPGA产生的视频切换控制信号状态选出其中一路XGA视频信号送至XGA转VGA视频转换器52，XGA转VGA视频转换器52将输入的XGA信号转为VGA视频信号输出至外部VGA接口。

[0031] 以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些是基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

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