適用於高速1553總線協議控制的集成電路的製作方法
2023-12-01 23:08:31 3
專利名稱：適用於高速1553總線協議控制的集成電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於 高速1553協議控制的系統集成電路，屬於集成電路領域。
背景技術：
MIL-STD-1553數據總線因其高可靠性特諸多優點被廣泛應用於飛機、航空、航天等多個領域。在過去的半個多世紀，MIL-STD-1553 —直被認為是當今我們俗稱的網絡戰起源，它實現了傳感器、武器等各種電子裝備的信息共享與傳輸，從根本上改變了以美國為代表作戰方式。但隨著更快處理器的誕生，封裝的小型化以及軟體技術的革新，1553B僅僅IMbps的數據傳輸速度無疑成為了信息數據傳輸的瓶頸，推出一種更快速度的傳輸方式迫在眉睫。國外在高速1553總線的研究比較早。早在2006年，John Keller在AVIONICSmagazine 上發表了題為 「Rebirth of the 1553 databus」 的文章，介紹了由 Edgewater 負責開發的高速1553總線Extended 1553以及DDC公司的Hyper 1553，它們均採用類似於DSL傳輸載波的方式，在不改變原有線纜及接口的基礎上，將高頻低頻信號調製為不同的通道傳輸，實現了在原有1553平臺上傳輸高速信號。此外，AndrewD. Parker 在 AVIONICS magazine 上發表了題為 「Product Focus:High-Speed 1553: Technology Advances Boost Performance，，的文章，談到了介於 1M1553與100M1553之間的10M系統:增強型比特流1553，由SAE開發的。類似於Extended 1553及Hyper 1553的百兆1553的主要缺點有I、雖然不需要改動原有的總線結構及線纜、器件等，但由於採用的是調製解調載波傳輸方式，收發器電路部分需要進行比較大的改動，開發周期也會大增加。至於SAE的IOMbps 1553，根據文章介紹，其收發器電路採用的是RS485總線收發器，它同樣存在一些缺點1、RS485是一種既定的協議標準，協議已無更改的餘地，且終端電阻、線長等也有明確的規定，靈活性差；2、RS485雖然能達到IOMbps的傳輸速度，也能傳輸較遠的距離，但在高速傳輸時很難保證總線上的電壓達到1553總線規範要求的28Vpp ；
3、採用RS485的收發器電路，其傳輸介質已不再是原來的1553線纜，必須換成RS485專用線纜，並且總線接口也要更換，這無疑增加了更換線纜與接口的成本，而且將花費很長的時間對已有的1553系統進行重新部署。
發明內容
本發明目的是提供一種適用於高速1553總線協議控制的集成電路，將原來的IMbps 1553B協議處理及數據傳輸能力提升到10Mbps，從而使得該應用領域控制系統數據傳輸速度會得到很大提高。按照本發明提供的技術方案，所述適用於高速1553總線協議控制的集成電路包括雙通道通信協議處理模塊、外部接口邏輯模塊、配置寄存器模塊、存儲管理模塊、位寬選擇模塊、總線監控模塊、總線控制模塊、遠程終端控制模塊和時鐘/復位模塊；所述雙通道通信協議處理模塊採用曼徹斯特編解碼技術，實現時分命令響應式串行通訊；所述外部接口邏輯模塊實現本集成電路與外部設備的接口，用來實現外部設備對本集成電路的控制；所述配置寄存器模塊配置內容包括負責數據位寬選擇的數據寬度寄存器、負責總線控制模塊進行數據傳輸的啟動寄存器、負責對電路數據傳輸速率選擇的速控寄存器、負責記錄遠程終端狀態的遠程終端狀態寄存器、負責設置總線控制器工作方式的總線控制模塊寄存器；所述存儲管理模塊實現外部設備和本集成電路之間交互數據的管理；所述位寬選擇模塊通過外部輸入對數據寬度寄存器進行設置，實現8位/16位數據寬度接收和發送，以及內部對不同數據寬度數據處理；所述總線監控模塊實時偵聽總線上的數據流，將數據流記錄下來，或有選擇地進行數據監聽；所述總線控制器模塊控制通訊數據流的傳輸，負責數據發送和接收的發起和總線網絡的管理；所述遠程終端控制模塊根據通信協議在規定的時間內響應總線控制器發出的命令，進行數據接收或發送；所述時鐘/復位模塊實現對輸入時鐘的管理和電路復位管理；所述雙通道通信協議處理模塊、配置寄存器模塊、存儲管理模塊、位寬選擇模塊、總線監控模塊、總線控制模塊、遠程終端控制模塊和時鐘/復位模塊通過1533總線互相連接，所述雙通道通信協議處理模塊通過外部接口邏輯模塊連接外部設備。所述存儲管理模塊包括一個4KX 16Bit的異步雙口 SRAM，兩個埠都支持讀寫，外部設備通過第二埠訪問SRAM，內部數據訪問由第一埠進行。所述配置寄存器模塊對電路功能的配置，由外部信號直接配置，或通過軟體來配置。所述總線監控模塊支持命令堆棧半滿、全滿溢出；支持數據堆棧半滿、全滿溢出；命令堆棧與數據堆棧獨立；對每條消息有相應的屬性標誌。所述總線控制模塊控制外部設備將數據寫入總線控制器的內部存儲器，並通過設置啟動寄存器來啟動總線控制器進行數據傳輸；對於每個消息，總線控制器通過其控制字初始化總線控制器的狀態從而發起數據傳輸，並通過其命令字通知遠程終端響應數據傳輸；總線控制器還通過模式命令對遠程終端進行控制，包括讀取同步和狀態字。所述總線控制模塊支持A/B雙通道區域；具有自動重發功能；消息間隔時間能夠編程設定；幀自動重複發送；超時響應時間能夠編程設定。所述雙通道通信協議處理模塊的雙通道都有各自獨立的編碼、解碼功能；編碼器的功能是將並行的NRZ碼轉換成串行的曼徹斯特編II碼，1553B總線協議中的命令字、數據字、狀態字由同步頭進行區分；解碼器模塊將互補型曼徹斯特編碼轉換成並行的NRZ碼，同時生成相應的指示信息。所述遠程終端控制模塊會對輸入信號進行檢測，當檢測到跟該遠程終端設備地址一致的命令字後，響應數據傳輸；對於發送命令，遠程終端在發送數據之前將其狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊；對於接收命令，遠程終端在接收完數據後將其狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊；總線控制模塊通過遠程終端狀態字判斷本次數據傳輸是否有效。所述遠程終端控制模塊具有可編程的遠程終端地址、子地址；支持單緩衝存儲器管理方式；支持循環緩衝存儲器管理方式；支持雙緩衝存儲器管理方式；可編程的非法命令表；可編程的方式代碼中斷表；可編程的子地址忙表。 所述雙通道通信協議處理模塊的濾波方式採用的是比較濾波，同步頭提取位於濾波後的環節，完成同步後對消息正文內容的前十六位作奇校驗，並將校驗結果與消息的第十七位比對，所述消息正文內容是指消息中除去同步頭的剩餘部分。本發明的優點是集成IOMbps 1553協議處理、總線收發、數據存儲及與外部通訊功能。通過埠設置進行IMbps和IOMbps通訊速率的置換,可以進行8位/16位兩種寬度的數據發送/接收。主要應用在航空、航天測控網絡、工業控制等技術領域。
圖I是本發明的電路框圖。圖2是本發明BC狀態下的工作流程圖。圖3是本發明RT狀態下的工作流程圖。圖4是本發明BM狀態下的工作流程圖。圖5是本發明雙通道通信協議處理模塊處理流程圖。
具體實施例方式本發明主要包括雙通道通信協議處理模塊、外部接口邏輯模塊、配置寄存器模塊、存儲管理模塊和時鐘/復位模塊等，如圖I所示。其中雙通道通信協議處理模塊採用曼徹斯特編解碼技術，實現時分命令響應式串行通訊；外部接口邏輯模塊實現電路與外部設備的接口，用來實現外部設備對電路的控制；配置寄存器模塊主要實現對電路功能的配置；雙口存儲模塊管理實現外部設備和電路之間交互數據的管理，含一個4Kxl6Bit的雙口異步存儲器；時鐘/復位模塊實現對輸入時鐘的管理和電路復位管理。在實際應用中，本發明可以通過配置成為總線控制模塊(BC)、遠程終端(RT)、總線監控模塊(BM)三種類型的控制器；可以通過埠信號控制能實現電路在數據傳輸時進行IMbps和IOMbps的速率選擇；可以通過埠信號控制實現電路8位/16位數據寬度選擇，同時能調節高低字節在傳送過程中的先後順序。外部接口邏輯外部設備與該電路的接口，用來實現外設對電路的控制。時鐘/復位模塊該電路由外部提供一個規定的時鐘信號。全局復位信號RSTdS有效。配置寄存器模塊主要實現對電路功能的配置。可以由外部信號直接配置，也可以通過軟體來配置。配置內容包括數據位寬選擇的數據寬度寄存器、負責總線控制模塊進行數據傳輸的啟動寄存器、負責對電路數據傳輸速率選擇的速控寄存器、負責記錄遠程終端狀態的遠程終端狀態寄存器、負責設置總線控制器工作方式的總線控制模塊寄存器等
坐寸ο位寬選擇模塊通過外部輸入對數據寬度寄存器進行設置，實現8位/16位數據寬度接收和發送，以及內部對不同數據寬度數據處理。總線監控模塊能實時偵聽總線上的數據流，可以將所有的數據流記錄下來，也可以有選擇地進行數據監聽；支持命令堆棧半滿、全滿溢出；支持數據堆棧半滿、全滿溢出；命令堆棧與數據堆棧獨立；對每條消息有相應的屬性標誌；
遠程終端控制模塊能根據協議在規定的時間內響應總線控制器發出的命令，進行數據接收或發送。它會對輸入信號進行檢測，當檢測到跟該遠程終端設備地址一致的命令字後，響應數據傳輸。對於發送命令，遠程終端在發送數據之前將其狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊；對於接收命令，遠程終端在接收完數據後將其狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊。總線控制模塊通過遠程終端狀態字判斷本次數據傳輸(發送/接收)是否有效。當接收到模式命令後，遠程終端需要對接收到的模式命令進行響應。可編程的遠程終端地址，子地址；支持單緩衝存儲器管理方式；支持循環緩衝存儲器管理方式；支持雙緩衝存儲器管理方式；可編程的非法命令表；可編程的方式代碼中斷表；可編程的子地址忙表；
總線控制模塊總線控制器模塊控制通訊數據流的傳輸，是數據發送和接收的發起者和總線網絡的管理者。控制外部設備將數據寫入總線控制器的內部存儲器，並通過啟動寄 存器來啟動總線控制模塊總線控制器進行數據傳輸。對於每個消息，總線控制器通過其控制字初始化總線控制器的狀態從而發起數據傳輸(發送或者接收)，並通過其命令字通知遠程終端響應數據傳輸(接收或者發送)。總線控制器還可以通過模式命令對遠程終端進行控制，包括讀取同步和狀態字等內容。支持A/B雙通道區域；具有自動重發功能；可編程的消息間隔時間；幀自動重複發送；可編程的超時響應時間；
雙口存儲器模塊存儲器模塊是4K*16Bit的異步雙口 SRAM，每一個埠都支持讀寫，外部設備通過埠 B訪問SRAM，內部數據訪問由埠 A進行。中斷控制器模塊接收外部中斷、內部中斷兩種方式。雙通道通信協議處理模塊雙通道都有各自獨立的編碼、解碼功能。編碼器的功能是將並行的NRZ碼轉換成串行的曼徹斯特編II碼，1553B總線協議中有三種類型的數據字命令字，數據字，狀態字由同步頭進行區分。解碼器模塊將互補型曼徹斯特編碼轉換成並行的NRZ碼，同時生成相應的指示信息。所述雙通道通信協議處理模塊的濾波方式採用的是比較濾波，同步頭提取位於濾波後的環節，完成同步後對消息正文內容(消息中除去同步頭的剩餘部分)的前十六位作奇校驗，並將校驗結果與消息的第十七位比對。如圖I所示，本發明包括中斷控制器模塊、總線控制模塊、遠程終端控制模塊、總線監控模塊、配置寄存器模塊、4K的雙口存儲器模塊，以及外部接口邏輯模塊、位寬選擇模塊。其中，總線控制器執行的是1553協議中的總線控制功能，作為預設的工作狀態；遠程終端是當電路配置為遠程終端模式時，實現1553協議的主要單元；總線監視器是當電路配置為總線監視設備時，實現1553協議的主要單元；中斷控制器模塊是電路根據1553協議，針對通信過程中的事件，產生對應的中斷信號；位寬選擇模塊根據設置使得接口邏輯支持8位與16位的數據總線寬度；接口模塊根據需求可提供兩種片外異步接口與一種片上總線接口，支持的異步片外接口是Intel的CPU異步接口與Motorola的CPU異步接口，支持的片上總線接口是ARM公司的APB總線接口。整個電路可工作於總線控制(BC狀態)、遠程終端(RT狀態)、總線監控(BM狀態)三種模式。以下分別介紹不同狀態下的工作流程。BC 狀態。外部的控制計算機將數據寫入總線控制模塊的內部存儲器，並通過所述啟動寄存器來啟動數據傳輸。對於傳輸的每個消息，總線控制模塊通過BC控制字初始化總線控制模塊的狀態從而發起數據發送或接收，BC命令字通知遠程終端響應數據傳輸接收或者發送。整個過程如圖2所示。總線控制模塊一方面通過BC狀態字判斷接收到的數據是否正確(包括奇偶校驗)、響應是否超時等，另一方面通過讀回的遠程終端RT狀態字，判斷遠程終端接收的數據是否正確、響應是否超時等。BC狀態字和讀回的RT狀態字均正常，說明數據傳輸正常。如果傳輸過程中出現錯誤(BC狀態字和RT狀態字異常)，總線控制模塊通過中斷通知控制計算機進行處理， 如消息重發。如果總線控制模塊出現災難性故障，控制計算機(指總線控制模塊的控制計算機)對總線控制模塊復位。RT 狀態。遠程終端能根據協議在規定的時間內響應總線控制模塊發出的命令，進行數據接收或發送。由外部處理器配置遠程終端狀態寄存器和維護消息鍊表，等待遠程終端響應消息(遠程終端對輸入信號進行檢測，當檢測到跟當前該遠程終端地址一致的命令字後，響應數據消息)。對於發送命令，遠程終端在發送數據之前將RT狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊；對於接收命令，遠程終端在接收完數據後將RT狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊。總線控制模塊通過RT狀態字判斷本次數據傳輸(發送/接收)是否有效，整個過程如圖3所不。當接收到模式命令後，遠程終端需要對接收到的模式命令進行響應。BM 狀態。總線監控模塊能夠實時偵聽總線上的數據流，可以將所有的數據流記錄下來，也可以有選擇地進行數據監聽。並設有命令存儲區半滿、全滿標誌和數據存儲區半滿、全滿標誌。整個過程如圖4所示，由外部處理器配置總線控制模塊寄存器和維護信息鍊表、等待總線控制模塊響應消息，並記錄消息。雙通道通信協議處理模塊接收時要對消息作一定的處理，整個流程如圖5所示。接收器在接收到收發器還原的信號後，依次對信號做以下處理緩存輸入信號、比較濾波、同步頭提取、校驗。本發明支持GJB 289A-97定義的消息，支持該標準定義的全部方式代碼，錯誤的狀態定義符合GJB 5186. 2-2004-5. 2. 2. 6表I的定義。具備兩種異步總線的接口方式與一種片上線總線的接口方式可選，通過埠設置進行IMbps和IOMbps通訊速率的置換，可以進行8位/16位兩種寬度的數據發送/接收。支持的異步總線分別是Intel與motorola的CPU異步接口總線標準。支持的片上線總線是ARM的APB總線標準。
權利要求
1.適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是包括雙通道通信協議處理模塊、外部接口邏輯模塊、配置寄存器模塊、存儲管理模塊、位寬選擇模塊、總線監控模塊、總線控制模塊、遠程終端控制模塊和時鐘/復位模塊；所述雙通道通信協議處理模塊採用曼徹斯特編解碼技術，實現時分命令響應式串行通訊；所述外部接口邏輯模塊實現本集成電路與外部設備的接口，用來實現外部設備對本集成電路的控制；所述配置寄存器模塊配置內容包括負責數據位寬選擇的數據寬度寄存器、負責總線控制模塊進行數據傳輸的啟動寄存器、負責對電路數據傳輸速率選擇的速控寄存器、負責記錄遠程終端狀態的遠程終端狀態寄存器、負責設置總線控制器工作方式的總線控制模塊寄存器；所述存儲管理模塊實現外部設備和本集成電路之間交互數據的管理；所述位寬選擇模塊通過外部輸入對數據寬度寄存器進行設置，實現8位/16位數據寬度接收和發送，以及內部對不同數據寬度數據處理；所述總線監控模塊實時偵聽總線上的數據流，將數據流記錄下來，或有選擇地進行數據監聽；所述總線控制器模塊控制通訊數據流的傳輸，負責數據發送和接收的發起和總線網絡的管理；所述遠程終端控制模塊根據通信協議在規定的時間內響應總線控制器發出的命令，進行數據接收或發送；所述時鐘/復位模塊實現對輸入時鐘的管理和電路復位管理；所述雙通道通信協議處理模塊、配置寄存器模塊、存儲管理模塊、位寬選擇模塊、總線監控模塊、總線控制模塊、遠程終端控制模塊和時鐘/復位模塊通過1533總線互相連接，所述雙通道通信協議處理模塊通過外部接口邏輯模塊連接外部設備。
2.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述存儲管理模塊包括一個4KX16BU的異步雙口 SRAM，兩個埠都支持讀寫，外部設備通過第二埠訪問SRAM，內部數據訪問由第一埠進行。
3.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述配置寄存器模塊對電路功能的配置，由外部信號直接配置，或通過軟體來配置。
4.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述總線監控模塊支持命令堆棧半滿、全滿溢出；支持數據堆棧半滿、全滿溢出；命令堆棧與數據堆棧獨立；對每條消息有相應的屬性標誌。
5.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述總線控制模塊控制外部設備將數據寫入總線控制器的內部存儲器，並通過設置啟動寄存器來啟動總線控制器進行數據傳輸；對於每個消息，總線控制器通過其控制字初始化總線控制器的狀態從而發起數據傳輸，並通過其命令字通知遠程終端響應數據傳輸；總線控制器還通過模式命令對遠程終端進行控制，包括讀取同步和狀態字。
6.如權利要求5所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述總線控制模塊支持A/B雙通道區域；具有自動重發功能；消息間隔時間能夠編程設定；幀自動重複發送；超時響應時間能夠編程設定。
7.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述雙通道通信協議處理模塊的雙通道都有各自獨立的編碼、解碼功能；編碼器的功能是將並行的NRZ碼轉換成串行的曼徹斯特編II碼，1553B總線協議中的命令字、數據字、狀態字由同步頭進行區分；解碼器模塊將互補型曼徹斯特編碼轉換成並行的NRZ碼，同時生成相應的指示信息。
8.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述遠程終端控制模塊會對輸入信號進行檢測，當檢測到跟該遠程終端設備地址一致的命令字後，響應數據傳輸；對於發送命令，遠程終端在發送數據之前將其狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊；對於接收命令，遠程終端在接收完數據後將其狀態字通過1553總線發送給總線控制模塊；總線控制模塊通過遠程終端狀態字判斷本次數據傳輸是否有效。
9.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述遠程終端控制模塊具有可編程的遠程終端地址、子地址；支持單緩衝存儲器管理方式；支持循環緩衝存儲器管理方式；支持雙緩衝存儲器管理方式；可編程的非法命令表；可編程的方式代碼中斷表；可編程的子地址忙表。
10.如權利要求I所述的適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其特徵是所述雙通道通信協議處理模塊的濾波方式採用的是比較濾波，同步頭提取位於濾波後的環節，完成同步後對消息正文內容的前十六位作奇校驗，並將校驗結果與消息的第十七位比對，所述消息正文內容是指消息中除去同步頭的剩餘部分。
全文摘要
本發明公開了一種適用於高速1553總線協議控制的集成電路，其包括雙通道通信協議處理模塊、外部接口邏輯模塊、配置寄存器模塊、存儲管理模塊、位寬選擇模塊、總線監控模塊、總線控制模塊、遠程終端控制模塊和時鐘/復位模塊。本發明的優點是集成10Mbps1553協議處理、總線收發、數據存儲及與外部通訊功能。通過埠設置進行1Mbps和10Mbps通訊速率的置換，可以進行8位/16位兩種寬度的數據發送/接收。主要應用在航空、航天測控網絡、工業控制等技術領域。
文檔編號H04L12/40GK102647320SQ201210101549
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者張科新, 張 榮, 鄒家軒, 錢黎明, 魏敬和 申請人:中國電子科技集團公司第五十八研究所