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4M码率曼彻斯特编解码器的设计与实现
摘要:曼彻斯特编码、解码器是1553B总线协议处理器中的不可缺少的重要组成部分,一个稳定、可靠的曼彻斯特编码、解码器设计对整个1553B总线协议处理器的性能起着关键的作用。本文采用硬件描述语言Verilog以及Modelsim软件进行4M码率的曼彻斯特编、解码器的设计和验证。
关键词:曼彻斯特编码器;解码器;1553B;Verilog
中图分类号:TN919.8 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2018)07-0146-04
曼彻斯特编码、解码器是1553B总线协议处理器中的不可缺少的重要组成部分,作为1553B总线中数据接收与发送的接口,一个稳定、可靠的曼彻斯特编码、解码器设计对整个1553B总线协议处理器的性能起着关键的决定性作用。本文中所设计的曼固乇嗦搿⒔饴肫魇遣捎糜布述语言Verilog进行编程,以及采用Modelsim软件进行仿真验证。
1 1553B总线简介及其协议处理器功能分析
MIL-STD-1553B的全称为“飞机内部时分制指令/响应型多路传输数据总线”,其作用是提供一个在不同系统之间的传输数据和信息的媒介。由于1553B总线的高可靠性、实时性等优点,现在1553B总线也被广泛应用于对实时性,安全性要求很高的民用项目。
1.1 1553B总线协议简介
MIL-STD-1553B数据总线上节点分为不同的终端类型,有总线控制器BC、远程终端RT和总线监视器BM,一般情况下,这三部分通过多路总线接口来实现其功能,在一条数据总线上能同时连接31个远程终端。总线控制器BC是在总线上唯一被安排为执行建立和启动数据传输任务的终端;远程终端RT是用户子系统到数据总线上的接口,它在BC的控制下发送数据或接收数据;总线监视器BM“监控”总线上的信息传输,以完成对总线上的数据源进行记录和分析,但它本身不参与总线的通信。各终端之间信息传输方式有:BC到RT、RT到BC、RT到RT、广播方式和系统控制方式。
为了提高1553B数据总线工作可靠性,通常采用双冗余方式,实际使用中,第二条总线处于热备份状态。总线传输媒介采用屏蔽双绞线,节点耦合方式有直接耦合与变压器耦合,数据传输采用曼彻斯特Ⅱ型码调制信号,信号是以串行数字脉冲的形式进行传输,信号从高电平回归到低电平表示逻辑状态“1”,信号从低电平回归到高电平表示逻辑状态“0”。其典型的传输速率为1Mb/s,为了适应高速数据传输应用,因此本文采用4Mb/s的码率。1553B数据总线典型拓扑结构如图1所示。
在1553B总线上传输的有三种类型的字:命令字、状态字和数据字。每种字的字长为20 位,有效信息位是16 位,每个字的前三位为同步字头,最后一位为奇偶校验位。有效信息(16位)及奇偶校验位在总线上以曼彻斯特码的形式进行传输。同步字头占三位,或先正后负(命令字、状态字) 或先负后正(数据字),正、负电平各占同步字头的一半。由于系统的类型不同,可辨别出命令字和状态字,命令字由唯一的活动总线控制器发出,而状态字总是由远程终端RT 发出。
1.2 1553B协议处理器功能分析
作为1553B 总线的协议处理器应完成以下功能:(1)将总线上的串行信息流转换成处理机可以处理的并行信息或者与之相反;(2)接收或发送信息时, 能够识别或生成标准的1553 B 信息字和消息;(3)完成与处理机之间的信息交换,这包括1553B信息地址的分配,命令字/状态字的译码或返回状态字、发送数据字等。
图2是通过参考国外专用1553B协议芯片,细致分析1553B总线协议的基础上设计出来的远程终端RT协议处理器的结构框图。它主要包括曼彻斯特编码/解码器、命令字译码及接收控制、状态字设置及命令字/状态字寄存、地址译码、检错控制、发送控制、数据缓冲等模块。
曼彻斯特编、解码器作为模拟收发器与协议处理器之间的桥梁,完成的是曼彻斯特码的编码及解码,并检测错误。它接收具有有效同步字头的曼彻斯特码,并进行译码,以及识别其类型和串/ 并转换、奇偶校验等;或者将处理器发出的并行二进制数据进行曼彻斯特码编码,再加上同步字头及奇校验位使之成为符合1553 B 总线标准的字进行串行输出。
2 曼彻斯特编码、解码器的总体设计
在介绍编、解码器的设计之前, 有必要了解曼彻斯特码的特征,以便在设计中对其加以利用,达到简化电路的效果。曼彻斯特码又称双相码,是一种超越传统数字传输极限的编码/解码方式。它本身包含了自定时的信息,解决了传统编码方式在传输数据时缺少定位时钟信息的问题。它对每个二进制代码分别利用两个具有不同相位的二进制新码去取代。与用高、低电平表示的非归零二进制码相比,在连‘0’或连‘1’的情况下更易于提取同步时钟信息,又无直流漂移,且有强的抗干扰能力,编、译码过程比较简单。曼彻斯特编码方式见
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