摘要：本文以workbench 為平臺，vxworks 為操作系統(tǒng)，chipscope 為分析工具，介紹了完整的ARINC429 協(xié)議和422協(xié)議的FPGA 硬件調試，通過硬件調試發(fā)現(xiàn)modelsim 仿真所不能發(fā)現(xiàn)的問題并分析問題解決問題，從而完成多路機載總線收發(fā)器的設計與實現(xiàn)。

在航空電子綜合化系統(tǒng)中，快速、有效的數(shù)據(jù)傳輸對整個航空電子系統(tǒng)的性能有很大的影響，因此數(shù)據(jù)總線被稱為現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)的骨架，利用FPGA 技術設計集成多路ARINC429[1] 和422[4] 通道的通信芯片，可以有效的提高數(shù)據(jù)通信模塊的處理能力和集成度，降低成本，本文以verilog 語言為基礎， 通過ISE 編程，modelsim 仿真， 仿真無誤后綜合實現(xiàn)，用impact 將bit 文件燒寫到FPGA 中，進行硬件調試，并用chipscope 進行分析，為了更加方便的進行調試，以workbench 為平臺建立驅動。關于429 協(xié)議和422 協(xié)議已經(jīng)非常成熟，因此本文主要從硬件調試的角度介紹多路機載總線收發(fā)器的實現(xiàn)。

很多情況下，我們需要一塊板子既具有429[2-3] 功能又具有422 數(shù)據(jù)傳輸功能，因此我們將429 邏輯和422 邏輯[6] 建立在一個模塊下，分別給429 邏輯和422 邏輯分配不同的地址空間，通過不同的地址空間控制429 和422 協(xié)議的片選信號，同時LOCALBUS 數(shù)據(jù)是雙向數(shù)據(jù)，429 和422 數(shù)據(jù)是單向數(shù)據(jù)，因此需要加一個雙向緩沖器，實現(xiàn)單向數(shù)據(jù)和雙向數(shù)據(jù)之間的轉換。協(xié)議部分已經(jīng)非常成熟，在此不做贅述。

2.1 原型驗證板原理
我們所用的電路板名稱為:MFD-GPM1018。設計原理如圖1：CPU 控制FPGA 數(shù)據(jù)的寫入和讀出，F(xiàn)PGA 通過429 或者422 接收到的數(shù)據(jù)按照相應的協(xié)議轉換之后由cpu 讀出，cpu 通過Localbus 提供FPGA 要發(fā)送的數(shù)據(jù)并配置寄存器。

CPU 讀出來的數(shù)據(jù)通過LBC-1-AD00——07 到鎖存器把地址和數(shù)據(jù)按一定的控制規(guī)則轉換為單獨的地址信號和數(shù)據(jù)信號。LBC-1-AD00——07 表示某時刻是地址信號某時刻是數(shù)據(jù)信號。ROM 存儲cpu 運行過程中的中間數(shù)據(jù)程。H1-8445 電平轉換，將429 數(shù)據(jù)電平由bus 總線所要求的電平轉
換為FPGA 需要的3.3V。ASP105885-01 是連接器將429、422 數(shù)據(jù)連接到GPM 調試版上，進行硬件調試。MAX3362 將串行數(shù)據(jù)轉換為差分的形式。M25P16-AVMN6T 是FPGA 的配置芯片，通過JTAG 接口將bit 文件加載到FPGA 中這樣配置之后，下次上電之后就可以直接將bit 文件load 到FPGA 中而不需重新加載。

2.2 硬件調試過程
在Workbench 開發(fā)平臺vxworks[3] 操作系統(tǒng)下，首先連接串口網(wǎng)口從調試板到PC 機，新建超級終端，選擇通信速率為115200，其他都為默認值，網(wǎng)口下載操作系統(tǒng)到cpu 中，串口用來控制cpu，串口網(wǎng)口連接好后，連接JTAG 接口，（JTAG連接線連USB 下載線連到PC 機），電源電壓設置為28V，然后上電，通過調試板上的電壓轉換器轉換為5V 供FPGA 板子使用，上電之后通過IMPACT 下載.bit 文件到FPGA 中，這種配置類型斷電即丟失，下次上電后需要重新下載，同時打開超級終端，建立串口連接，此時vxworks 操作系統(tǒng)將會自動啟動，在此操作系統(tǒng)下輸入一些命令控制cpu，常用的就是讀（d）和寫（m）命令，并且打開chipscope，來進行調試。

為了充分驗證邏輯功能的正確性：我們分別進行內回環(huán)測試，也就是在邏輯內部實現(xiàn)自收自發(fā)，然后進行外回環(huán)測試，將板子上發(fā)送接口與接收接口連接起來，實現(xiàn)回環(huán)收發(fā)，測試都無誤后進行外部測試，對429 協(xié)議采用429 的仿真卡進行測試，對422 協(xié)議采用串口調試工具進行測試。

2.2.1 429 測試
429 的仿真卡發(fā)送429 差分數(shù)據(jù)，通過FPGA 接收，判斷接收到的數(shù)據(jù)是否是發(fā)送的數(shù)據(jù)，以此來檢測接收邏輯的正確性。

429 仿真卡BUStools /ARINC v3.20 仿真驗證：
1)TX setup : 設置發(fā)送通道，波特率、奇偶校驗
2)DEFINE :ADD new message 添加發(fā)送通道，我們需要TXD1、TXD2，設置發(fā)送數(shù)據(jù)參數(shù)：data——BIN 設置32—9位數(shù)據(jù)，前8 位數(shù)據(jù)通過Label 設置，Label 是一個233 數(shù)據(jù)類型，2 指的是2 位，比如設置為256，則為10101110, 映射到發(fā)送的數(shù)據(jù)為0111 0101，即為0x75，最高位為奇偶校驗位，在發(fā)送過程中自動產(chǎn)生。

3) 設置完成后，點擊run，停止發(fā)送的話點擊stop。

通過超級終端讀出接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)一致，測試正確。

2.2.2 通過串口調試工具進行422 測試
422 的發(fā)送端口和接收端口通過232 連到PC 機上，PC機通過串口調試工具發(fā)送一串數(shù)據(jù)，經(jīng)過232 轉422 接收這些數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)在超級終端中打印，檢測接收是否正確，類似的，調用驅動422 發(fā)送一串數(shù)據(jù)，通過232 到PC 機通過串口調試工具看到發(fā)送出來的數(shù)據(jù)，檢測發(fā)送的數(shù)據(jù)是否正確。調試過程中比較關鍵的一點就是發(fā)送和接收端口波特率要設置一致。