高速1553B总线接口的设计及实现

本人签名：蛊 蟛
导师签名
日期皇！！！：兰：也
接口处理器，由于１５５３Ｂ总线接口芯片设计的复杂性，现在市场上可用的芯片多 从国外公司进口，价格高昂，最新一代产品仍然对华禁运。．国内生产出的该类产 品性能相对落后，传输速率低，已不能适应系统对高传输速率的要求。所以独立 研发１５５３Ｂ协议处理器对于我国国防建设和国民经济的发展具有重大意义。
西安电子科技大学 学位论文独创性声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。
ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｅ ｓｕｂ··ｍｏｄｕｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｔ ｌａｓｔ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｂｏａｒｄ－·ｌｅｖｅｌ
ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｏｎ ＦＰＧＡ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ｃｏｄｅｃ，
第二章１ ５５３Ｂ总线协议………………………………………………………………。５ ２．１通信终端……………………………………………………………………５ ２．２编码方式……………………………………………………………………．７ ２．３字类型………………………………………………………………………７ ２．４信息传输格式………………………………………………………………．１０ ２．５可靠性保障机制……………………………………………：……………．１３ ２．６通信系统特点……………………………………………………………．１４ ２．７本文用到的术语解释………………………………………………………１４ ２．８本章小结…………………………………………………………………．．１５
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｅｍｂａｒｇｏ ａｇａｉｎｓｔ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ １ ５５３Ｂ ｂｕｓ ｃｈｉｐ ａｒｅ
ｍａｋｅ ｌａｇ ｂｅｈｉｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ，ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ
ｉｔ ｃａｎ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ １ ５５３Ｂ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｈａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｍｅａｎｉｎｇｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｆｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｎａｔｉｏｎａｌ ｅｃｏｎｏｍｙ．
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切法律责任。
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西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明
本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。
３．６片内ＳＳ洲模块…………………………………………………………３３
３．７本章小结………………………………………………………………………３４ 第四章协议处理模块设计实现……………………………………………………３５
４．１总线控制器ＢＣ模块………………………………………………………３６
４．１．１ ＢＣ主要实现功能……………………………ｊ……………………．３６ ４．１．２ ＢＣ存储器管理……………………………………………………．３７ ４．１．３ ＢＣ关键处理过程…………………………………………………．．４０ ４．１．４ ＢＣ状态机设计……………………………………………………．４ｌ ４．１．５ ＢＣ仿真结果………………………………………………………．４６ ４．２远程终端ＲＴ模块…………………………………………………………４８ ４．２．１ ＲＴ主要实现功能…………………………………………………一４８ ４．２．２ ＲＴ存储器管理……………………………………………………．．４８ ４．２．３ ＲＴ关键处理过程……………………………………………………５ １ ４．２．４ ＲＴ状态机设计……………………………………………………．５２ ４．２．５ ＲＴ仿真结果……………………………………………………………………５７ ４．３本章小结……………………………………………………………………５８ 第五章 １５５３Ｂ总线接口仿真验证………………………………………………一５９ ５．１仿真平台搭建……………………………………………………………．５９ ５．２仿真要求与结果………………………………………………………………．５９ ５．２．１ ＢＣ模式下仿真要求和结果………………………………………．．６０ ５．２．２ ＲＴ模式下仿真要求和结果………………………………………一６２ ５．３本章小结…………………………………………………………………．．６４ 第六章结束语……………………………………………………………………６５ ６．１论文总结……………………………………………………………………………６５ ６．２未来工作展望………………………………．．：……………………………。６５ 致谢…………………………………………………………………………………………………………６７ 参考文献……………………………………………………………………………６９ 攻读硕士学位期间取得的研究成果………………………………………………７１
１．１国内外１５５３Ｂ总线发展历程
以下分别对１５５３Ｂ总线在国内外研究发展状况进行介绍。
１．１．１国外１５５３Ｂ总线发展历程
上世纪６０年代以前，航空电子系统比较简单，通信、飞行控制和显示器由模 拟系统组成１３Ｊ。
上世纪６０年代，随着机载武器系统的增加，作战信息量不断增加，而设备间 接口各异，互联难度大，限制了作战的效能。由于缺乏统一标准，开发、维护和 改进的难度非常大。
ｂｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＢＣ），ｒｅｍｏｔｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ（ＲＴ）ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ，ｇｉｖｅ ｔｈｅ ｌｏｇｉｃａｌ ｄｉａｇｒａｍ，
ｐｏｒｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｕｂ·ｍｏｄｕｌｅｓ．
Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ １ ５５３Ｂ ｂｕｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｈａｓ ｌｏｔｓ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ
本文在深入研究Ｍ几．ＳＴＤ．１５５３Ｂ协议ＧＪＢ２８９Ａ－９７标准，Ｍ几．ＨＤＢＫ．１５５３Ａ 及ＧＪＢ／Ｚ２０９．２００２应用手册，国外主流芯片设计和使用手册的基础上；确定整体 架构，模块划分；完成各子模块的正向设计和仿真验证，最后在ＦＰＧＡ上通过板 级调试。本文重点介绍曼彻斯特编解码器、总线控制器（ＢＣ）、远程终端（ＲＴ） 和其它模块的设计，详细给出各模块的逻辑框图、端口信息、仿真结果。
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｍ也－ＳＴＤ一１ ５５３Ｂ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｎｄ ＧＪ－Ｂ２８９Ａ·９７ ｓｔａｎｄａｒｄ， Ｍ几－ＨＤＢＫ一１ ５５３Ａ ａｎｄ ＧＪＢ／Ｚ２０９—２００２ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｈａｎｄｂｏｏＬ ｄｅｓｉｇｎｅｒ ａｎｄ ｕｓｅｒ
ｍａｎｕａｌ ｏｆ ｆｏｒｅｉｇｎ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｃｈｉｐ．Ｔｈｅｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｄｕｌｅ
ｌｌｉｇｈ·ｓｐｅｅｄ（１ ＯＭｂｐｓ），ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｒｅａｌ ｔｉｍｅ，ａｎｄ ｉｓ ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｗｉｔｈ ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ
１ ５５３Ｂ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： １５５３Ｂ ｂｕｓ ＦＰＧＡ ＶｅＨＩｏｇ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ｃｏｄｅ
目录
第一章绪论…………………………………………………………………………ｌ １．１国内外１５５３Ｂ总线发展历程………………………………………………．１ １．１．１国外１５５３Ｂ总线发展历程…………………………………………………１ １．１．２国内１５５３Ｂ总线发展历程…………………………………………………２ １．２论文研究意义………………………………………………………………２ １．３论文研究过程和章节安排…………………………………………………．３
ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ １ ５５３Ｂ ｂｕｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｓｉｇｎ，ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ
ｍａｒｋｅｔ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔｓ ｆｒｏｍ ｆｏｒｅｉｇｎ ｃｏｍｐａｎｉｅｓ，ａｌｌ ｔｈｉｓ ｍａｋｅ ｉｔ ＳＯ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ，ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ
测试结果表明设计出的１５５３Ｂ总线接口具有高速（１０Ｍｂｐｓ），高可靠性，实 时性等优点，而且兼容低速１５５３Ｂ产品。
关键词： １５５３Ｂ总线ＦＰＧＡ Ｖｅｆｉｌｏｇ曼彻斯特码
Ｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｉｎ １ ５５３Ｂ ｂｕｓ ｍａｋｅ ｉｔ
第三章１５５３Ｂ总线接口子模块设计及实现……………………………………．１７ ３．１ １ ５５３Ｂ总线接口整体架构…………………………………………………．．１ ７ ３．２编解码模块………………………………………………………………．２０ ３．２．１编码器模块…………………………………………………………．．２０ ３．２．２解码器模块…………………………………………………………．．２１ ３．２．３编解码模块仿真结果………………………………………………．．２４ ３．３ ＣＰＵ接口模块……………………………………………………………２５ ３．３．１端口信息………………………………………………………………２５ ３．３．２功能实现……………………………………………………………．２７ ３．４寄存器模块………………………………………………………………．．３０ ３．４．１端口信息…………………………………………………………………３０ ３．４．２设计及实现…………………………………………………………．３２ ３．５分频器模块………………………………………………………………．３３
ａｎｄ ｃｉｖｉｌ ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎｔｏ ａｎ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｌｙ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ
பைடு நூலகம்
ｓｔａｎｄａｒｄ ｄａｔａ ｂｕｓ．Ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐａｒｔ ｉｎ １ ５５３Ｂ ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂｕｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，
１９７３年８月美国政府和军方公布了ＭＩＬ．ＳＴＤ．１５５３（ＵＳＡＦ）标准，该标准 首次应用到Ｆ１６战机中；随着技术的进步，１９７５年公布了Ｍ几．ＳＴＤ．１５５３Ａ标准， 该标准应用在美军Ｆ．１６战机和攻击直升机阿帕奇ＡＨ．６４Ａ。１９７８年公布了 Ｍｍ．ＳＴＤ．１５５３Ｂ标准，该标准一直应用到现在。美军方在１９８０年和１９８６年又分 别推出Ｍ几．ＳＴＤ．１５５３Ｂ Ｎｏｔｉｃｅｌ和ＭＩＬ．ＳＴＤ．１５５３Ｂ Ｎｏｔｉｃｅ２，但标准实质相对 ＭⅢ．ＳＴＤ．１５５３Ｂ变化不大。
第一章绪论
第一章绪论
１５５３Ｂ总线全称为数字时分命令／响应型多路传输数据总线【１１。Ｍ几．ＳＴＤ．１５５３Ｂ 总线原本是美军航空电子综合系统的专用总线，各种航电系统通过该总线完成信 息传输，随着其不断的发展在航空、航天、航海和民用领域都得到广泛的使用【２１。
本章将对１５５３Ｂ总线国内外发展历程、论文研究意义、论文内容安排进行介 绍。