基于VME总线的ARM7主控通信模块设计

摘要

基于VME总线的ARM7主控通信模块是为满足航空电子系统技术发展的需要而研制设计的，是某航电分系统的控制、处理、通信的核心。本模块以ARM7处理器为控制核心，最高处理速度能达到100MIPS；内总线采用了VME64总线，能提供高达4.2Gbps的数据传输率，实现与其他模块的高速数据交换；集成了大容量的存储器和多路通信通道接口，利用大规模可编程器件最大能同时处理数十路ARINC429通信通道，实现与多个外系统的通信交联。本模块的设计着重在处理机架构、总线、通信接口三个技术方向进行了研究和创新；采用的ARM7嵌入式系统技术、VME总线接口技术、大规模FPGA设计技术等都是现今行业领域内流行的先进技术，将它们应用到航空电子系统的工程设计之中，弥补了我们在设计技术上的某些不足，具有十分重要的意义。本论文对整个模块的设计思路、设计方案和实现过程进行了详细的阐述。首先介绍了课题的来源、研究内容和意义，对系统做了一个简单的描述，以及本论文要完成的工作；接下来介绍了所采用的一些技术的资料背景，详细描述了系统的设计方案，包括硬件方案、软件方案以及一些关键技术、难点技术的设计思路；然后，详细的描述了模块的设计实现和功能调试过程，包括硬件的各个功能部分的调试和驱动软件编制、设计的改进和完善、以及部分仿真验证的结果；其中，基于FPGA技术设计的ARINC429通信芯片是一个关键的难点技术，文章中用单独的章节进行了专门的讨论；文章最后，总结了本课题的主要研究工作和成果，并对该设计的应用前景进行了展望。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题项目说明

1.2 课题研制背景

1.3 主要研究内容

1.4 课题研究的意义

2 主控通信模块整体设计方案

2.1 概述

2.1.1 系统总体结构

2.1.2 ARM7 处理器概述

2.1.3 ARINC429 协议简介

2.1.4 VME 总线简介

2.2 方案说明

2.2.1 主要功能和性能

2.2.2 硬件设计方案

2.2.3 软件设计方案

2.3 关键技术

2.4 设计可行性分析

3 主控通信模块的软硬件设计与实现

3.1 硬件电路设计

3.1.1 控制处理内核

3.1.2 总线控制器

3.1.3 存储器

3.1.4 看门狗和复位逻辑

3.1.5 定时计数器

3.1.6 中断控制

3.1.7 时钟切换和激活

3.1.8 I/O 接口

3.1.9 JTAG 仿真接口

3.1.10 RS232 通信接口电路

3.1.11 RS422 通信接口电路

3.1.12 ARINC429 通信接口电路

3.1.13 VME 总线接口电路

3.1.14 电源控制和电源中断

3.2 软件设计

3.2.1 启动配置程序

3.2.2 汇编、C 语言混合编程

3.2.3 驱动程序

4 基于FPGA 的多路通道ARINC429 芯片控制逻辑设计

4.1 发送协议内核设计

4.1.1 发送接口

4.1.2 暂存器

4.1.3 发射器

4.1.4 握手协议

4.2 接收协议内核设计

4.2.1 接收接口

4.2.2 锁存器

4.2.3 接收器

4.2.4 容错校验

4.2.5 握手协议

4.3 缓存FIFO 设计

4.3.1 地址指针

4.3.2 地址比较

4.3.3 标志位

4.4 控制内核

4.4.1 缓存数据操作

4.4.2 通道管理与切换

4.4.3 地址映射

4.5 外部接口

4.6 性能分析

4.7 仿真验证

4.8 FPGA 设计中的几点体会

5 主控通信模块在系统里的测试与验证

6 总结

6.1 技术成果

6.2 应用前景

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文