CN202339544U

CN202339544U - 一种基于usb总线接口的多通道多速率航电通讯装置

Info

Publication number: CN202339544U
Application number: CN2011205209015U
Authority: CN
Inventors: 刘康; 赵婉; 鞠卫波
Original assignee: XI'AN REALECT ELECTRONICS DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: XI'AN REALECT ELECTRONICS DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2021-12-12

Abstract

本实用新型公开了一种基于USB总线接口的多通道多速率航电通讯装置，PC机与USB接口一端插口连接，USB接口另一端插口与FPGA模块连接，FPGA模块同时通过MIL-STD-1553B收发器、RS485收发器、RS232收发器、ARINC429驱动器、ARINC429接收器与J30J航空插头连接。本实用新型的装置，USB接口芯片将PC机发过来的数据存入FPGA的缓存中，FPGA根据各个接口需要将数据重新编码，并从相应的端口发出，以实现数据发送。反之，FPGA也能够将不同端口发回来的数据解析后存入缓存中，通过USB接口芯片发送到PC机，以实现数据的接收。

Description

一种基于USB总线接口的多通道多速率航电通讯装置

技术领域

本实用新型属于航空电子通讯技术领域，涉及一种基于USB总线接口的多通道多速率航电通讯装置。

背景技术

一、FPGA介绍：

FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件。与传统逻辑电路和门阵列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了即可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

二、USB介绍：

USB是英文Universal Serial BUS(通用串行总线)的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、icrosoft等多家公司联合提出的。

USB接口可用于连接多达127个外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。USB自从1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。

USB各版本区别版本最大传输速率速率称号最大输出电流协议推出时间：USB1.0：1.5Mbps(192KB/s)低速(Low-Speed)500mA……1996年1月，

USB1.1：12Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed)500mA……1998年9月，

USB2.0：480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)500mA……2000年4月，

USB3.0：5Gbps(640MB/s)超速(Super-Speed)900mA……2008年11月，

三、ARINC429介绍

ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会(Airlines EngineeringCommittee)于1977年7月提出的，并于同年同月发表并获得批准使用。它的全称是数字式信息传输系统DITS。协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求。ARINC429广泛应用在先进的民航客机中，如B-737、B757、B-767，俄制军用飞机也选用了类似的技术。

ARINC429总线结构简单、性能稳定，抗干扰性强。最大的优势在于可靠性高，这是由于非集中控制、传输可靠、错误隔离性好。

四、MIL-STD-1553B收发器介绍

MIL-STD-1553B标准是美国SAE A2K委员会在军方和工业界的支持下与1973年公布的信号多路传输系统标准1980年，美国空军又对作了局部修改和补充。该标准作为美国国防部武器系统集成和标准化管理的基础之一，被广泛的用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统，并逐步扩展到飞行控制等系统及坦克、舰船、航天等领域。它最初由美国空军用于飞机航空电子系统，目前已广泛应用于美国和欧洲海、陆、空三军，而且正在成为一种国际标准。我国于1987年颁布了相应的军标GJB289《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线》。

五、RS-232、RS-422与RS-485介绍

RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时)，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于USB总线接口的多通道多速率航电通讯装置，解决了现有技术条件下，一般的数据转换通讯模块，都是在两种数据接口之间进行转换、传输，而多种通讯方式不能同时兼容的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于USB总线接口的多通道多速率航电通讯装置，包括上位的PC机，PC机与USB接口一端插口连接，USB接口另一端插口与FPGA模块连接，FPGA模块同时通过MIL-STD-1553B收发器、RS485收发器、RS232收发器、ARINC429驱动器、ARINC429接收器与J30J航空插头连接。

本实用新型的有益效果是，利用USB即插即用、FPGA现场可编程门阵列可灵活配置的特点，在MIL-STD-1553B、ARINC429以及RS485、RS232的协议标准的基础上，利用各种协议芯片及FPGA IP核，制作出了集MIL-STD-1553B、ARINC429以及RS485、RS232与一体的接口转换模块，同时完成了USB到MIL-STD-1553B、ARINC429、RS485以及RS232的数据格式转换，实现数据从USB接口到各种接口的转换，并且这些不同的数据格式数据是通过同一个接插件与外部设备进行连接，使用方便；用户根据自己的实际需要编写上位机软件，就能够实现PC对数据的接收、发送、监视等，或作为设备之间的数据传输通道。

附图说明

图1是本实用新型的多通道多速率航电通讯装置的硬件连接框图。

图中，1.PC机，2.USB接口，3.FPGA模块，4.MIL-STD-1553B收发器，5.RS485收发器，6.RS232收发器，7.ARINC429驱动器，8.ARINC429接收器，9.J30J航空插头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型多通道多速率航电通讯装置的硬件连接结构是，包括上位的PC机1，PC机1与USB接口2一端插口连接，USB接口2另一端插口与FPGA模块3连接，FPGA模块3同时通过MIL-STD-1553B收发器4、RS485收发器5、RS232收发器6、ARINC429驱动器7、ARINC429接收器8共五个部件与J30J航空插头9连接。

本实用新型航电通讯装置的功能特性包括：支持USB2.0；采用FPGA内部ARM处理器为控制方案的核心；能够实现以下方式信号连接：4通道接收、4通道发送MIL-STD-1553B收发器数据与USB接口数据的转换，6通道接收、6通道发送RS-486总线数据与USB接口数据的转换，1通道接收、1通道发送RS-232总线数据与USB接口数据的转换，2通道接收、2通道发送ARINC 429总线数据与USB接口数据的转换。

MIL-STD-1553B、RS485、RS232和ARINC429总线信号全部通过J330J航空插头引出。MIL-STD-1553B收发器4的输入输出信号采用线圈隔离传输。

PCB物理尺寸优选140mm×80mm。

本实用新型航电通讯装置的电源通过DC座直流供电或者通过USB接口供电，客户根据需要选择电源供电方式。

ARINC 429发送通道通过J30J插头由外部供电：

V+＝12V～15V，V-＝-12V～-15V。

ARINC 429接收通道由PCB内部供电：VCC＝3.3V。

MIL-STD-1553B、RS485和RS232的收发器均由PCB内部供电VDD＝3.3V。

以下是各个部件(模块)的具体描述：

一、MIL-STD-1553B收发器部分：

MIL-STD-1553B收发器提供BC、RT功能，软件可选择工作模式，波特率为1MHZ，每路串口发送和接收FIFO均为1024字节

BC模式：自动BC重试，次数可选1～2次；重试通道可选，支持事件消息、周期消息，分辨率1ms；消息间间隔可设，分辨率1μs；提供中断和查询两种消息读取方式，采用链表的方式来管理消息，可以动态插入或修改事件消息；时间标签功能；

RT模式：非法命令表功能；提供中断和查询两种消息读取方式；时间标签功能；

MT模式：命令字过滤功能；采用循环缓冲接收数据；查询方式读取消息；时间标签功能。

二、RS485收发器部分：

串口数据位传输格式：波特率、数据位长度、停止位长度及奇偶校验模式(均可设置)，每路串口带有2047字节的发送、接收FIFO；单路控制数据的接收使能。

三、RS232收发器部分：

四、ARINC 429驱动器及ARINC 429接收器部分：

ARINC 429模块的发送和接收分别独立设置和分别独立工作，发送FIFO 1023个ARINC429字，接收FIFO 512K ARINC429字；中断和查询两种工作方式。

输出：

发送波特率10KHZ～150KHZ可设置，默认波特率100KHZ。每一路发送FIFO大小为1023个ARINC429字。发送数据位为25位或32位。发送字间间隔可设置，以半个ARINC429数据位为单位，默认为4个位间隔。发送奇偶校验或无校验可设。

正常发送模式：每次只发送一帧的数据。

定时发送模式：

--定时发送次数设置为‘0’时一直发送数据，否则按设置的次数。

发送数据：

--发送消息间隔可设置，精度为10us。

--发送数据时必须设置消息的帧间隔，帧间隔必须不小于一帧消息的长度(即所有数据加上所有字间隔的长度)。

输入：

波特率10KHZ～150KHZ可设置，默认波特率100KHZ。每一路接收FIFO大小为512K ARINC 429字。数据位25位或32位。。奇偶校验或无校验。添加时间标签。

SD和标号过滤：

--数据转换时SD为接收数据的D12～D11，标号为D7～D0。

--数据不转换的时候SD为接收数据的D9～D8，标号为D7～D0。

查询和中断的接收方式：

--中断接收时可设置触发深度，按触发深度来读取数据。

--查询接收时按照数据量来读取数据。

接收和发送数据转换(默认和正常使用时为转换)，每一路发送和接收可以单独设置转换和不转换。

发送转换：

--转换时将数据按照标准的ARINC429数据格式发送数据，即在ARINC429数据总线上的数据符合ARINC429的数据格式。

--不转换时是将写入的数据由低到高串行发送，即在ARINC429数据总线上的数据是发送的数据由低到高的排列。

接收转换：

--转换时将接收的标准ARINC429数据作转换，与发送的转换方式相反。具体见驱动接口说明的转换部分的操作。

本实用新型的基于USB接口的多通道多速率航电通讯装置，上位的PC机通过VC实现数据的收发。USB接口芯片将PC机发过来的数据存入FPGA的缓存中，FPGA根据各个接口需要将数据重新编码，并从相应的端口发出，以实现数据发送。反之，FPGA也能够将不同端口发回来的数据解析后存入缓存中，通过USB接口芯片发送到PC机，以实现数据的接收。

Claims

1.一种基于USB总线接口的多通道多速率航电通讯装置，其特点在于：包括上位的PC机(1)，PC机(1)与USB接口(2)一端插口连接，USB接口(2)另一端插口与FPGA模块(3)连接，FPGA模块(3)同时通过MIL-STD-1553B收发器(4)、RS485收发器(5)、RS232收发器(6)、ARINC429驱动器(7)、ARINC429接收器(8)与J30J航空插头(9)连接。

2.根据权利要求1所述的基于USB总线接口的多通道多速率航电通讯装置，其特点在于：所述的各个模块的电源通过DC座或者通过USB接口供电。