基于MCU+FPGA的航空總線接口板測試平臺設計

　　引言

　　本文的項目背景是為了測試在航空領域CAN總線和高速異步總線的通信狀況。CAN(控制器局域網)總線是由ISO(國際標準化組織)定義的有效支持分布式控制和實時控制的多組串行通信總線，由于其在通信能力、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離遠、可靠性等方面有著明顯的優勢，日益受到人們的重視，在航空等領域已得到廣泛應用，成為目前比較流行的現場總線之一。RS485標準的全稱為TIA/EIA-485串行通訊標準，為彌補RS-232通信距離短、速率低等缺點而產生的，其數據采用平衡發送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，抗噪聲干擾性好。RS485具有多站能力(在總線上允許連接多達128個收發器)，是一種相對經濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠的半雙工異步總線。LVDS(低壓差分信號傳輸)具有小擺幅差分特性使其成為一種高速低噪聲、高噪聲抑制能力、較低的電磁干擾、低功率技術，保證了可靠的信號傳輸，能滿足當今高性能數據傳輸應用的新型技術。此技術基于ANSI/TIA/EIA-644LVDS接口標準。

　　功能介紹

　　本測試平臺采用FPGA+MCU為基本運行平臺，通過CAN總線、高速異步總線進行數字信號的傳輸，主要用作對接口板功能的完整性、正確性進行測試分析。通過RS232接口連接到上位機實現數據的實時發送和接收，以及對CAN總線和高速異步總線的波特率等參數實施動態控制。

　　硬件電路設計

　　本測試平臺對CAN數據傳送采用了雙冗余備份總線，支持8路高速異步總線同時傳送數據，其中4路為RS485電平，4路為LVDS電平。主要由MCU(微控制器)控制模塊、FPGA(現場可編程邏輯陣列)模塊、CAN總線控制模塊、RS485接口模塊、LVDS接口模塊、RS232模塊以及電源模塊組成。主要硬件電路設計框圖如圖1。

　　Atmel公司的MCU器件選用Atmel公司的ATmega128-16AI，時鐘頻率11.0592MHz。ATmega128為基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進的指令集以及單周期指令執行時間，ATmega128 的數據吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。MCU是整個總線控制器的核心，主要實現CAN總線信號的處理、與上位機通信以及對FPGA和上位機通信進行中轉。FPGA選用Xilinx公司XC3SD3400A-4CS484，時鐘頻率50MHz，主要實現高速異步總線的處理、接收MCU的控制指令與MCU進行數據交互。