文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.07.042
中文引用格式： 劉航，趙川，寇學鋒，等. 基于GJB289A總線SoC芯片的1553模塊設計與實現[J].電子技術應用，2016，42(7)：167-170.
英文引用格式： Liu Hang，Zhao Chuan，Kou Xuefeng，et al. The design and realization of 1553 module based on the GJB289A bus system SoC chip[J].Application of Electronic Technique，2016，42(7)：167-170.
0 概述
本文提出了一種基于HKS1553BCRT芯片的1553（Multi Bus Interface）模塊設計與實現方案[1-2]，能夠很好地解決傳統GJB289A總線模塊方案中電路設計器件選型分散性高，尤其在機載設備增加時，硬件設計占用板面大、功耗高、可靠性與智能化低的問題[3-4]。從而打破了國外在GJB289A總線設備上的壟斷，對我國航空電子系統的發展及自主研究具有深遠的意義[5-6]。
基于自研GJB289A總線SoC（System On Chip）芯片的1553模塊設計方案中核心器件采用的HKS1553BCRT芯片是一種集成了微處理器、GJB289A總線協議處理器以及多種外設資源的片上系統。該芯片是一款智能化、通用化、小型化的通信處理芯片，可應用在多種GJB289A總線接口模塊中[7-8]。
1 1553模塊設計
本模塊基于HKS1553BCRT進行設計，實現GJB289A規定的總線控制器（BC）、遠程終端(RT)和總線監控器(BM)功能。模塊內部集成計時控制模塊，完成實時時鐘、時間間隔計時器和看門狗計時器功能，片內集成雙端口隨機存儲器和靜態隨機存儲器，靜態隨機存儲器供芯片微處理器和協議處理器使用，模塊提供主機接口，配合雙端口存儲器可完成1553模塊與主機數據交互功能。
1.1 硬件設計
該模塊的硬件采用自主知識產權的HKS1553BCRT芯片外加輔助電路設計，架構設計靈活，更換連接器接口滿足不同的功能需求，實現多功能，低成本的模塊設計，本模塊主要采用PCI接口。1553模塊主要功能單元：HKS1553BCRT芯片、GJB289A總線收發電路、時鐘電路、電源轉換電路、復位電路、串行接口電路、主機接口電路、JTAG接口電路。其硬件架構如圖1所示。
1.1.1 GJB289A總線收發電路
HKS1553BCRT芯片提供1路雙余度GJB289A總線接口，通過總線收發器和變壓器實現GJB289A總線數據收發，總線收發器采用雙通道GJB289A總線收發器，傳輸速率為1 Mb/s和2 Mb/s自適應。設計時需要使用1片高速收發器，通過變壓器耦合方式連接到總線上，總線收發器采用自研的HKA32201收發器。圖2所示為變壓器耦合方式連接電路圖。
1.1.2 時鐘電路
1553模塊中需要使用時鐘的電路有：HKS1553BCRT芯片、GJB289A總線協議處理器、UART接口。其中，HKS1553BCRT芯片系統時鐘為33 MHz，內部進行2倍頻提供ARM7TDMI處理器核使用。GJB289A總線協議處理器時鐘為12 MHz，通過N倍頻（N為1~10之間的整數）作為GJB289A總線傳輸時鐘，最大傳輸速率可達10 Mb/s，UART工作時鐘為3.686 4 MHz。
1.1.3 電源轉換電路
1553模塊采用+5 V供電，通過PCI接口進入模塊，模塊內需要+3.3 V、+2.5 V和+1.8 V工作，其中HKS1553BCRT芯片使用+3.3 V+1.8 V，橋協議芯片PCI9056使用+3.3 V和+2.5 V，采用TI公司的電源轉換器TPS75733、TPS75725和TPS75718實現。該類電源變換器輸入電壓0~+6 V，輸出電壓固定為+3.3 V、+2.5 V或+1.8 V，最大輸出電流3 A。
1.1.4 主機接口
HKS1553BCRT芯片提供接口方式選擇，分別支持LBE總線、VME總線、PCI總線(通過PLX9054/PCI9056橋接器)、PCI-Express總線訪問(通過PEX8311橋接器)[3]，本模塊采用PCI接口。主機接口為PCI接口時，如果選用PCI9056橋接器，Ready#信號需要使用470 Ω上拉電阻，PCI總線設計應符合PCI規范要求，注意LBE、VME總線電平特性。
1.2 軟件設計
本模塊設計的軟件為系統提供2 Mb/s的GJB289A總線數據通信功能，可分為傳輸層軟件(以下簡稱“SOC_289A_TRAN”)、驅動層軟件(以下簡稱“SOC_289A_DRV”)和應用層軟件(由用戶根據系統需求進行開發)。其中SOC_289A_TRAN軟件駐留在1553的Flash上，電后自動加載運行，實現GJB289A總線的數據傳輸。SOC_289A_DRV為系統提供控制1553接口和數據收發接口，完成主機與目標機之間的GJB289A總線數據通信。1553模塊軟件之間的調用關系如圖3所示。
1.2.1 傳輸軟件
SOC_289A_TRAN軟件固化在目標機的Flash中，系統上電后，SoC芯片會自動從Flash芯片加載傳輸軟件并運行，查詢并獲取子系統主機命令字，對命令字解碼并完成對應命令需要完成的功能，其中包括：1553產品啟動模塊、主機命令響應模塊、中斷處理模塊。傳輸軟件簡要結構圖如圖4所示。
1.2.2 驅動軟件
SOC_289A_DRV軟件作為應用軟件和系統硬件資源的中間層，由系統應用軟件調用，完成對1553的控制和總線通信功能。其中包括：1553控制功能、計時控制功能、消息控制功能、系統控制功能、中斷控制功能、1553存儲訪問功能、1553主機接口配置功能。接口結構圖如圖5所示。
2 設計驗證
基于HKS1553BCRT芯片的1553模塊經過了充分、全面的有效性驗證，主要包括協議符合性驗證、電氣特性驗證和環境性驗證。
協議符合性驗證中構建一個終端有效性（VTP Validation test plan）驗證平臺，開發驗證軟件配合平臺驗證終端有效性。驗證方法為：指令響應測試要求終端對所有的合法指令做出正確的響應；有效指令字的間隔時間為2.0 μs～6.0 μs，時間超過7.0 μs時，應作無響應超時處理等。
電氣特性驗證中構建一個電氣特性有效性（Acceptance Test Plan，ATP）驗證平臺，開發驗證軟件配合平臺驗證電氣特性有效性。
本模塊產品滿足的環境試驗溫度為-55 ℃～+70 ℃。
經協議符合性驗證、電氣特性驗證和環境性驗證基于HKS1553B芯片的1553模塊符合系統需求，模塊的驗證指標如表1所示。
3 技術優勢
本模塊所使用的芯片HKS1553BCRT支持總線速率1~10 Mb/s可配置，本模塊的應用為高速GJB289A數據總線在航空領域的成功應用提供了技術支撐。1553模塊的軟硬件解決方案全部為自主正向設計，擁有完全自主知識產權，適用于機載領域高效率的總線調度策略(基于ISBC協議的總線控制技術和總線通信配置表優化算法)，部分指標優于國內外同類技術，總體技術水平居該領域國內領先，達到國際先進水平。具體對比結果參見表2。
4 總結
本文提出了一種基于GJB289A總線SoC芯片的1553模塊設計與實現方案，該模塊設計方案采用了GJB289A總線SoC芯片，此芯片集成了處理器、協議處理器，大大提高了數據可靠性。該方案在系統微型化、功耗、成本、面積和體積上具有巨大優勢，滿足了新一代航空電子系統對GJB289A總線模塊電路設計的要求。目前該1553模塊已成功地應用于某型號任務機，并隨整機完成了首飛，已通過各種試驗驗證。本文提出基于GJB289A總線SoC芯片的1553模塊的設計方法，對后續GJB289A數據總線系統應用提供了重要的參考價值。
參考文獻
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