0 引言

    隨著航空電子系統綜合化程度越來越高，1394總線系統中的設備復雜程度提高，為實現1394總線系統接口的標準化要求，設計一種飛管1394總線接口模塊成為必然。模塊采用統一設計，便于遠程節點與總線網絡的連接；為提高信號質量，采用辮接方式；并實現信息收/發和相關總線信息的監控功能。

    飛管1394總線接口模塊安裝在飛機管理系統總線上遠程節點的成品單元內，提供了遠程節點與飛機管理系統總線通信的能力。該接口模塊可提供滿足飛機管理系統總線要求相關的物理層和鏈路層硬件需求，采用辮接方式實現1394總線接口與飛機管理系統的連接，完成飛機管理系統總線與LRU主機控制器之間的數據通信。

1 接口模塊設計

    飛管1394總線接口模塊設計遵循1394總線通信系統的五層協議，如圖1所示。其中，物理層與數據鏈路層由接口模塊的硬件實現；1394協議通過FPGA邏輯和驅動軟件實現；應用軟件和驅動軟件駐留在上位機中，應用軟件通過調用驅動軟件實現主機對模塊基本資源的訪問、數據通信、模塊狀態控制、狀態信息讀取等功能^[1]。

1.1 硬件架構

    飛管1394總線接口模塊實現1394總線接口、協議解析/處理及數據收發等功能，同時對外提供PCI或異步總線接口，實現與主機之間的數據交互，其硬件功能框圖如圖2所示。

    飛管1394總線接口模塊由FPGA芯片、鏈路層電路、物理層電路、1394接口電路、主機接口電路、復位電路、時鐘電路、電源電路以及其他輔助電路等部分組成，各功能模塊描述分別如下：

    (1)FPGA電路：采用Actel公司大規模器件A3PE3000，主要實現接口控制、SAE AS5643協議處理和數據傳輸等功能^[2]；

    (2)鏈路層：支持1394a協議，實現鏈路層配置、總線組包和解包功能；

    (3)物理層：支持1394b協議，實現總線仲裁以及收發數據編解碼功能；

    (4)耦合變壓器：變壓器作為物理層芯片和總線傳輸介質之間的耦合器件，起到了對接收和發送終端的隔離保護作用，防止總線上的干擾或脈沖對核心器件的損害，增強了接口模塊的可靠性和防護能力^[3]；

    (5)測溫電路：實現對模塊的溫度采集和監控，對模塊進行健康管理；

    (6)復位電路：實現模塊的上電復位功能，確保上電后該模塊的電路單元工作在穩定狀態下，上電復位采用RC上電防抖動電路來實現，提供給FPGA和PHY芯片作為復位輸入；

    (7)時鐘電路：為FPGA、鏈路層和物理層芯片提供工作時鐘；

    (8)電源電路：支持DC-DC轉換，為接口模塊提供工作電源。

    飛管1394總線接口模塊實現單節點RN功能，在接口模塊硬件設計基礎上，兼容PCI和異步總線兩種主機接口。其中PCI接口采用標準的PCI信號，主機通過接口模塊上的TOLC連接器訪問硬件資源并進行數據交互，完成FPGA與主機的通信；異步總線接口支持兩種處理器：            TMS320C6000系列和TMS320F281x系列，對應的外總線接口分別為EMIF接口和XINTF接口。

1.2 邏輯設計

    飛管1394總線接口模塊的功能主要由FPGA實現，FPGA系統架構如圖3所示。主要功能模塊包括：主機接口單元、接收和發送數據存儲區、接收和發送消息配置DPRAM、配置表加載單元、寄存器主控模塊、DM控制模塊、DM接口和MC接口模塊、I²C接口模塊。

    其中寄存器主控模塊主要實現寄存器的訪問；配置表加載模塊將內部Flash中存儲的特定格式配置表數據加載到寄存器和消息配置區中，并支持配置表頭、配置表數據CRC校驗及配置表加載重試功能。DM控制模塊主要完成數據發送和接收功能；DM接口模塊完成寫發送數據、讀接收數據、VPC校驗（接收消息）、處理CRC錯誤數據包等功能。MC接口模塊主要完成對鏈路層芯片寄存器的讀寫訪問、獲取端口狀態信息以及對鏈路層芯片進行初始化配置等功能；I2C接口模塊完成對I²C芯片寄存器的訪問功能。

1.3 軟件設計

    飛管1394總線接口模塊驅動軟件作為應用軟件和系統硬件資源的中間層，由主機應用軟件調用，實現接口模塊初始化、通信及獲取節點狀態等功能。

    驅動軟件包括4個功能模塊：系統控制接口、系統配置接口、消息控制接口、通用控制接口，具體驅動功能框圖如圖4所示。

    系統控制接口主要實現初始化、獲取邏輯版本、獲取配置表版本及軟件版本功能，提供獲取模塊狀態信息的軟件接口。

    系統配置接口主要實現獲取總線接口模塊芯片ID、總線周期狀態及BIT結果等功能，并提供對應功能軟件接口。

    消息控制接口主要實現收發異步流包、收發時間應答消息、接收STOF包及獲取消息計數的功能，提供應用軟件數據通信接口。

    通用控制接口主要包含DPRAM訪問接口、AS5643訪問接口、1394鏈路層訪問接口和配置區訪問接口，實現驅動軟件訪問硬件資源的功能。

2 技術優勢

    與同類總線接口模塊相比，飛管1394總線接口模塊主要技術優勢如下：

    (1)創新性地將1394總線信號通過辮接電纜方式引出，降低了信號衰減，提高了信號傳輸質量；

    (2)兼容PCI和異步總線兩種接口，滿足不同成品多種主機接口的需求，解決產品統型問題；

    (3)實現自適應多余度總線配置功能，提出了一種支持四余度總線配置表結構及加載方案，滿足某機載產品多位置自適應的應用要求；

    (4)1394總線信號采用變壓器耦合方式引出，提供3個Beta模式的端口，端口傳輸速率均可配置；

    (5)創新性地提出S100B、S200B速率下的信號質量性能指標，完成1394接口物理層信號完整性分析、設計及驗證，有效地提高了總線信號傳輸質量，保障了數據傳輸可靠性^[4]；

    (6)與國外同類產品相比功耗較低（不大于2 W）、體積更小、重量更輕（包含連接器和最大長度線纜在內約170 g）、可靠性高，應用范圍更廣，滿足機載及地面環境應用需求。

3 測試及驗證

    針對1394總線協議對接口模塊的功能、性能及電氣特性要求，根據AS5643協議體系中的相關測試協議，分別對該模塊的產品功能、電氣特性、環境適應性等進行了全面測試^[5]。如圖5構建驗證平臺對其功能、性能進行驗證。測試機箱與處理器機箱相連作為RN節點，便攜式仿真器作為CC節點。通過串口線將便攜式仿真器與PC連接、測試機箱與便攜式仿真器間用1394線纜連接，實現CC節點與RN節點之間的信息交互。

    按照飛管系統要求，分別對接口模塊的功能、電氣特性及環境適應性進行詳細測試，測試項及測試結果如表1所示，所有測試項均測試通過，滿足飛管系統對接口模塊的測試要求^[6]。

4 結論

    通過對飛管1394總線的接口模塊功能、性能，試驗，系統聯試，試飛驗證等進行測試，結果表明，飛管1394總線接口模塊實時性強，確定性強，性能穩定、可靠，并通過國軍標軟件工程化測試，滿足機載安全關鍵子系統高速、可靠、接口統一的要求，為航天、船舶等領域1394總線產品開發提供設計參考和實踐經驗。

參考文獻

[1] 趙彬，田澤，楊峰，等.基于AS5643協議的接口模塊設計與實現[J]．計算機技術與發展，2013，23(8)：100-102.

[2] SAE AS5643/2 IEEE-1394b interface requirements for and aerospace vehicle applications[S].2006.

[3] SAEAS5643/1 S400 copper mediainterface characteristics over extended distances[S].2004.

[4] Sai Haowei.Analysis of a SAE AS5643 Mil-1394b based high-speed avionics network architecture for space and defense applications[C].Proc.of IEEE Aerospace Conference.[s.l.]:[s.n.]，2007.

[5] SAE AS5706 test plan/procedure for AS5643/1 S400 copper media interface characteristics over extended distances[S].2007.

[6] SAE AS5657 test plan/procedure for AS5643 IEEE-1394b interface requirements for  and aerospace vehicle applications[S].2007.