基于FPGA的ARINC429通信協議設計實現

摘要：介紹了在FPGA上利用SoPC技術設計實現某機載數據傳榆設備與機載專用計算機進行通信的ARINC429通信協議，實現了對ARINC429數據的一發一收。該系統模塊充分利用了FPGA硬件可編程性、高度集成性、實時性的特點。測試表明，該系統具有速度快、可靠性高等優點。
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，將專用計算機發來的待傳信息，經過差錯控制編碼后，經電臺調制、發射；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。要想實現對機載數傳設備的自動檢測，最重要的是要模擬實現機載數傳設備與機載專用計算機的通信協議。本系統就是為了滿足某部隊大修廠的急需，設計實現了某機載數傳設備與機載專用計算機之間的ARINC429通信協議。

1 系統硬件原理
本系統利用Altera公司的FPGA芯片(EP2C8QPF208)，設計了該機載數傳設備在機載環境中同機載計算機之間的ARINC429通信協議模塊，實現一發一收。在FPGA上利用SoPC技術，PC機通過與基于NiosⅡ的UART通信，由ARINC429通信協議模塊實現RS 232通信協議與ARINC429通信協議的相互轉換，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通信協議介紹
ARINC429是一種在航空電子綜合系統中廣泛使用的數字式傳輸總線規范，該通信協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送出去的。數據的發送是先發送高位再發送低位。

3 基于FPGA的ARINC429發送模塊的實現
在FPGA上利用SoPC技術實現與PC機的串口RS 232通信，然后在FPGA上實現將PC機通過RS 232傳過來的激勵信息先緩存，再轉換成ARINC 429的協議信息并以一定時鐘速率發給設備。
ARINC429發送模塊在QuartusⅡ8．0開發環境中設計實現如圖1所示。

ARINC429發送模塊設計實現原理為：在FPGA中由NiosⅡ處理器通過UART串口接收PC機發過來的原始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模塊將緩存中待發送的控制、數據信息，通過設計的狀態機按ARINC429信號時序串行發送。并在與非門電路的配合下模擬發送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。