基于FPGA的ARINC429接口设计与USB通信实现

"FPGA在ARINC429总线接口设计中的应用" ARINC429总线是一种在航空电子设备中广泛采用的标准数据传输总线，尤其在商业航空领域，如空客和波音系列飞机中。这种总线协议以其异步双极性归零码（Biphase Mark Code）的编码方式和双绞线传输，确保了数据传输的高可靠性和抗干扰能力。通常，实现ARINC429接口会依赖于如Device Engineering的DEI-1016或INTERSIL的HS-3282这样的专用接口芯片，但这些芯片价格较高，支持的通道数量有限，限制了设计的灵活性。 本设计提出了一个创新的解决方案，利用ALTERA公司的现场可编程门阵列（FPGA）来构建ARINC429总线接口。FPGA的灵活性使得设计者可以自定义接口逻辑，满足不同数量的通道需求，而且能更有效地控制成本。通过集成FPGA，设计者不仅实现了ARINC429标准的数据传输，还成功地整合了与计算机的USB接口通信，这进一步减小了系统的体积，降低了系统成本，并提升了配置的灵活性。 ARINC429数据总线协议定义了32位的数据字结构，包含标志位、源/目的标识码、数据区、符号/状态位和奇偶校验位。数据传输速率可为12.5kb/s或100kb/s，采用双极性归零码，以脉冲形式发送，其中0电平用于发送时钟脉冲，保证字同步。标志位用于区分不同类型的信息，源/目的标识码用于识别数据来源或目标，数据区承载实际传输的数据，符号/状态位提供数据属性或设备状态信息，而奇偶校验位则用于错误检测。 在FPGA内部，设计的关键在于实现符合ARINC429协议的接收和发送逻辑。这包括编码和解码电路，用于将数据转换为双极性归零码，并在接收端恢复原始信息。此外，还需要时钟同步和帧同步机制，以确保正确识别数据字的边界。同时，FPGA需要处理USB接口的协议转换，将来自USB的数据适配到ARINC429格式，或将从ARINC429接收的数据转换成USB可理解的格式，以实现与计算机的高效交互。 通过FPGA实现ARINC429总线接口卡设计，不仅可以降低成本，提高设计的灵活性，还能增强系统的可扩展性和可靠性。这对于航空电子设备的开发和维护提供了更为经济和高效的解决方案。