摘要：介紹了在FPGA上利用SoPC技術設計實現(xiàn)某機載數據傳榆設備與機載專用計算機進行通信的ARINC429通信協(xié)議，實現(xiàn)了對ARINC429數據的一發(fā)一收。該系統(tǒng)模塊充分利用了FPGA硬件可編程性、高度集成性、實時性的特點。測試表明，該系統(tǒng)具有速度快、可靠性高等優(yōu)點。
關鍵詞：FPGA；SoPC；ARINC429；FIFO；NiosⅡ處理器

    某機載數據傳輸設備(以下簡稱：機載數傳設備)主要用來完成空-空、空-地數據信息的傳輸，與HF或U／VHF頻段電臺配合使用，將專用計算機發(fā)來的待傳信息，經過差錯控制編碼后，經電臺調制、發(fā)射；對電臺接收機送來的數據，進行校正、糾錯和譯碼，還原成原始信息，傳輸給專用計算機(CUB)處理。要想實現(xiàn)對機載數傳設備的自動檢測，最重要的是要模擬實現(xiàn)機載數傳設備與機載專用計算機的通信協(xié)議。本系統(tǒng)就是為了滿足某部隊大修廠的急需，設計實現(xiàn)了某機載數傳設備與機載專用計算機之間的ARINC429通信協(xié)議。

1 系統(tǒng)硬件原理
    本系統(tǒng)利用Altera公司的FPGA芯片(EP2C8QPF208)，設計了該機載數傳設備在機載環(huán)境中同機載計算機之間的ARINC429通信協(xié)議模塊，實現(xiàn)一發(fā)一收。在FPGA上利用SoPC技術，PC機通過與基于NiosⅡ的UART通信，由ARINC429通信協(xié)議模塊實現(xiàn)RS 232通信協(xié)議與ARINC429通信協(xié)議的相互轉換，從而模擬機載計算機提供測試激勵，完成與設備的信息交換。

2 ARINC429通信協(xié)議介紹
    ARINC429是一種在航空電子綜合系統(tǒng)中廣泛使用的數字式傳輸總線規(guī)范，該通信協(xié)議是雙極性歸零碼的一種，在一個ARINC429字中包含32位，ARINC429數據傳輸是以電脈沖形式發(fā)送的。一個電脈沖就是1位。一個數據字傳輸1個參數，如速度、溫度等。兩個數據字之間有4位間隔，這個間隔也作為字同步用，跟在這一間隔后面發(fā)送的第1位，表示另一個新的數據字的開始。每個數據字的32位數據是以雙極歸零碼的形式發(fā)送出去的。數據的發(fā)送是先發(fā)送高位再發(fā)送低位。

3 基于FPGA的ARINC429發(fā)送模塊的實現(xiàn)
    在FPGA上利用SoPC技術實現(xiàn)與PC機的串口RS 232通信，然后在FPGA上實現(xiàn)將PC機通過RS 232傳過來的激勵信息先緩存，再轉換成ARINC 429的協(xié)議信息并以一定時鐘速率發(fā)給設備。
    ARINC429發(fā)送模塊在QuartusⅡ8．0開發(fā)環(huán)境中設計實現(xiàn)如圖1所示。

    ARINC429發(fā)送模塊設計實現(xiàn)原理為：在FPGA中由NiosⅡ處理器通過UART串口接收PC機發(fā)過來的原始ARINC429信息字。在接收過程中，將這些字先緩存在FIFO發(fā)送緩存器dcfifo0中。等完全接收控制、數據信息后，再經由bc模塊將緩存中待發(fā)送的控制、數據信息，通過設計的狀態(tài)機按ARINC429信號時序串行發(fā)送。并在與非門電路的配合下模擬發(fā)送ARINC 429信號對應的兩路差分TTL信號a，b。最后通過在FPGA外部設計的模擬電路(如圖2)將兩路差分TTL信號a，b轉換成ARINC429信號。

    在QuartusⅡ8．O中編譯并仿真發(fā)送模塊，仿真結果如圖3所示。

    在示波器最終測得ARINC429發(fā)送模塊產生的信號波形，如圖4所示。

4 基于FPGA的ARINC429接收模塊的實現(xiàn)
    該模塊實現(xiàn)了將數傳設備發(fā)過來的ARINC429信息先通過光耦電路分解成兩路差分信號，即將ARINC429電平轉換成兩路差分FTL電平信號a，b，然后在FPGA上緩存接收，等接收完畢后，再經由串口RS 232發(fā)給PC機進行數據處理以進行設備檢測。
    ARINC429接收模塊在QuartusⅡ8．O開發(fā)環(huán)境中設計實現(xiàn)，如圖5所示。

    各個模塊的具體設計如下：
    (1)RS觸發(fā)器SRFF可直接在SoPC Builder中調用，32位移位寄存器由32個D觸發(fā)器級聯(lián)產生。
    (2)接收FIFO緩存器dcfifo1的定制過程與發(fā)送緩存器的定制過程相同，并且根據FPGA資源利用情況也設置dcfifo1為2 KB。
    (3)ARINC模塊為字間隔、幀結束檢測模塊。該模塊在QuartusⅡ8．0開發(fā)環(huán)境中利用VHDL語言進行設計，程序核心代碼如下：

    在QuartusⅡ8．O中編譯并仿真發(fā)送模塊，仿真結果如圖6所示。

5 結語
    該設計充分利用了FPGA硬件可編程性，實現(xiàn)了ARINC429通信協(xié)議軟件算法硬件化，大大提升了ARINC429數據發(fā)送與接收的實時性和可靠性，從而實現(xiàn)了該數傳設備自動檢測系統(tǒng)檢測速度快、集成度高、可靠性強的特點。