基于FPGA的ARINC429通信协议设计实现

摘要：介绍了在FPGA上利用SoPC技术设计实现某机载数据传榆设备与机载专用计算机进行通信的ARINC429通信协议，实现了对ARINC429数据的一发一收。该系统模块充分利用了FPGA硬件可编程性、高度集成性、实时性的特点。测试表明，该系统具有速度快、可靠性高等优点。
关键词：FPGA；SoPC；ARINC429；FIFO；NiosⅡ处理器

某机载数据传输设备(以下简称：机载数传设备)主要用来完成空-空、空-地数据信息的传输，与HF或U／VHF频段电台配合使用，将专用计算机发来的待传信息，经过差错控制编码后，经电台调制、发射；对电台接收机送来的数据，进行校正、纠错和译码，还原成原始信息，传输给专用计算机(CUB)处理。要想实现对机载数传设备的自动检测，最重要的是要模拟实现机载数传设备与机载专用计算机的通信协议。本系统就是为了满足某部队大修厂的急需，设计实现了某机载数传设备与机载专用计算机之间的ARINC429通信协议。

1 系统硬件原理
本系统利用Altera公司的FPGA芯片(EP2C8QPF208)，设计了该机载数传设备在机载环境中同机载计算机之间的ARINC429通信协议模块，实现一发一收。在FPGA上利用SoPC技术，PC机通过与基于NiosⅡ的UART通信，由ARINC429通信协议模块实现RS 232通信协议与ARINC429通信协议的相互转换，从而模拟机载计算机提供测试激励，完成与设备的信息交换。

2 ARINC429通信协议介绍
ARINC429是一种在航空电子综合系统中广泛使用的数字式传输总线规范，该通信协议是双极性归零码的一种，在一个ARINC429字中包含32位，ARINC429数据传输是以电脉冲形式发送的。一个电脉冲就是1位。一个数据字传输1个参数，如速度、温度等。两个数据字之间有4位间隔，这个间隔也作为字同步用，跟在这一间隔后面发送的第1位，表示另一个新的数据字的开始。每个数据字的32位数据是以双极归零码的形式发送出去的。数据的发送是先发送高位再发送低位。

3 基于FPGA的ARINC429发送模块的实现
在FPGA上利用SoPC技术实现与PC机的串口RS 232通信，然后在FPGA上实现将PC机通过RS 232传过来的激励信息先缓存，再转换成ARINC 429的协议信息并以一定时钟速率发给设备。
ARINC429发送模块在QuartusⅡ8．0开发环境中设计实现如图1所示。

ARINC429发送模块设计实现原理为：在FPGA中由NiosⅡ处理器通过UART串口接收PC机发过来的原始ARINC429信息字。在接收过程中，将这些字先缓存在FIFO发送缓存器dcfifo0中。等完全接收控制、数据信息后，再经由bc模块将缓存中待发送的控制、数据信息，通过设计的状态机按ARINC429信号时序串行发送。并在与非门电路的配合下模拟发送ARINC 429信号对应的两路差分TTL信号a，b。最后通过在FPGA外部设计的模拟电路(如图2)将两路差分TTL信号a，b转换成ARINC429信号。