一种多功能的1394仿真设备设计与实现

摘要

为了满足新一代航空系统对数据传输总线高带宽、高确定性和高可靠性的要求，SAE对标准IEEE1394B总线协议进行了一些裁剪和限定，形成新的1394总线接口需求——SAE AS5643协议，定义了一种安全性和确定性更高、延迟更小的数据通信网络标准，提高了通信系统的容错能力和完整性。在机载网络产品研发中，考虑到安全性、可重复性、试验成本问题，需要在地面环境下构建机载网络仿真系统对测试样机的功能和性能进行大量的前期试验。构建地面仿真系统需要不同的节点仿真设备协同工作，本文针对目前节点仿真设备种类繁多不便于维护的现状，结合SAE AS5643协议提出一种多功能1394仿真设备的实现方案。设备集合CC节点、RN节点和总线监控节点的功能于一体，通过配置寄存器选择不同的节点模式，实现单仿真设备的多功能应用。
　　此方案支持上电初始化过程自动配置链路层寄存器，静态分配通道号，基于配置表调度接收发送异步流数据包，通过STOF包同步各个节点，支持接收消息的消息长度、消息时间、VPC和数据CRC的正误检查，全面包含了SAE AS5643协议中规定的CC和RN的功能，也可作为总线监控设备使用。仿真设备包含3个节点，共用一个主机接口，每个节点功能相互独立，均具有数据收发、故障注入、心跳字初始值自设定等功能。
　　本文分析了 IEEE1394协议在国内外的应用现状和多功能仿真设备的研发背景，介绍了飞机管理系统总线的基本拓扑结构和SAE AS5643协议，阐述了一种多功能1394仿真设备的解决方案，分析了其功能特点，叙述了其系统和逻辑架构，重点描述了各个模块的功能及控制过程，通过流程图说明了其在不同模式下收发数据包的流程，论述了数据包的存储机制，合理处理了总线竞争问题。为了保证功能的正确性和完备性，搭建了虚拟验证平台，以功能点为基础划分测试向量，对仿真设备的所有功能进行了全面的验证。设计和验证均采用硬件描述语言verilog实现，验证工具为 ModelsimSE6.5a。
　　基于虚拟平台的功能验证表明，本文所阐述的一种多功能的1394仿真设备设计方案均已实现。仿真卡通过提前配置消息收发偏移，实现了带宽预分配，对收发消息的校验保证了数据的确定性和可靠性，采用循环优先级算法仲裁三个节点的DMA请求，确保了公平性，设备可以在100Mb/S和400Mb/S的速率下收发数据包，达到了较高的传输速率，能根据配置工作在不同的节点模式下，全面满足地面仿真系统的应用要求，对于研发SAE AS5643新设备具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1 IEEE 1394协议发展过程

1.2 IEEE 1394国内外应用现状

1.3论文选题背景及意义

1.4 论文主要工作及内容安排

第二章 基于AS5643协议的IEEE 1394总线网络概念

2.1 基于AS5643协议的IEEE 1394总线网络结构

2.2 基于AS5643协议的IEEE 1394总线网络分层

2.3 基于AS5643协议的IEEE 1394总线包格式定义

2.4 本章小结

第三章 1394仿真设备简介

3.1 1394仿真设备功能概述

3.2 1394仿真设备系统概述

3.3 1394仿真设备逻辑结构概述

3.4 端口信号描述

3.5 地址空间分配

3.6 硬件接口与时序

3.7 本章小结

第四章 1394仿真设备各模块设计与实现

4.1 PCIE接口与DMA模块

4.2 PCI接口与DMA模块

4.3 全局控制模块

4.4 数据缓冲区DPRAM

4.5 配置表DPRAM

4.6 AS5643协议处理模块

4.7 本章小结

第五章 1394仿真设备功能验证

5.1 验证平台搭建

5.2 验证工具

5.3 验证方案

5.4 典型验证用例及仿真波形

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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