航空電子是指飛機(jī)上所有電子系統(tǒng)的總和。一個(gè)最基本的航空電子系統(tǒng)由通信、導(dǎo)航和顯示管理等多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。航空電子設(shè)備種類(lèi)眾多，針對(duì)不同用途，這些設(shè)備從最簡(jiǎn)單的警用直升機(jī)上的探照燈到復(fù)雜如空中預(yù)警平臺(tái)無(wú)所不包。而航空電子系統(tǒng)也有著只屬于自己的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)更是隨著航空電子的發(fā)展而不斷變化。

MIL-STD-1553簡(jiǎn)介

請(qǐng)看一下數(shù)據(jù)傳輸路徑，即圖1中的MIL-STD-1553總線結(jié)構(gòu)。MIL-STD-1553是一種定義數(shù)據(jù)總線的電子和協(xié)議特點(diǎn)的軍用標(biāo)準(zhǔn)。作為一種在軍用和商用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用超過(guò)25年之久的總線，并且符合MIL-STD-1553標(biāo)準(zhǔn)，它能以1Mbit/s的速率高度精確、極為可靠地傳輸數(shù)據(jù)。

根據(jù)MIL-STD-1553標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，總線結(jié)構(gòu)由三個(gè)不同的硬件組成：

●總線控制器——總線控制器是總線上唯一允許在數(shù)據(jù)總線上發(fā)出命令，并負(fù)責(zé)引導(dǎo)數(shù)據(jù)總線中數(shù)據(jù)流的硬件設(shè)備。如果同時(shí)有幾個(gè)終端可以實(shí)現(xiàn)總線控制器的功能，同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)處于活動(dòng)狀態(tài)。

●總線監(jiān)視器——總線監(jiān)視器是一個(gè)可以監(jiān)控總線上信息交換的終端。它可以用于飛行測(cè)試記錄、飛行故障診斷、維護(hù)記錄與任務(wù)分析，同時(shí)還可作為一個(gè)備用總線控制器，它有足夠的信息可以接替總線控制器。然而，總線監(jiān)視器是一個(gè)被動(dòng)的設(shè)備，它不能報(bào)告所傳輸信息的狀態(tài)。

●遠(yuǎn)程終端——每個(gè)遠(yuǎn)程終端都包括在數(shù)據(jù)總線和子系統(tǒng)間傳輸數(shù)據(jù)所必須的電子器件和支持性中間件。對(duì)于MIL-STD-1553，子系統(tǒng)就是所傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)送者和接收者。這些終端不能作為總線控制器或總線監(jiān)視器使用。

MIL-STD-1553系統(tǒng)實(shí)施

像其它軍用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，航空電子市場(chǎng)中的MIL-STD-1553測(cè)試和仿真實(shí)施也經(jīng)歷了從龐大的DECUnibus卡到19英寸的通過(guò)機(jī)架安裝的組件，又發(fā)展到用于VME和PCI系統(tǒng)上的較小、較為集成的多通道背板，現(xiàn)在又出現(xiàn)了更小、集成度更高的PCMCIA接口。圖2描述了專(zhuān)用的MIL-STD-1553ASIC芯片制造商的實(shí)施從離散的協(xié)議和收發(fā)器芯片組精簡(jiǎn)到單一的體積小、功耗低的ASIC的發(fā)展過(guò)程。

過(guò)去，典型的MIL-STD-1553系統(tǒng)一般都由多個(gè)COTS組件構(gòu)成，MIL-STD-1553I/O通常由單一來(lái)源的帶有內(nèi)部處理功能的ASIC提供，這種內(nèi)部處理可提供消息處理與緩沖以及對(duì)MIL-STD-1553比特流進(jìn)行編解碼等。ASIC中可能含有也可能沒(méi)有向MIL-STD-1553總線提供物理接口的收發(fā)器組件。每個(gè)ASIC為一個(gè)雙冗余MIL-STD-1553通道提供此功能，所以支持多個(gè)MIL-STD-1553通道的系統(tǒng)就需要多個(gè)ASIC和收發(fā)器。與每個(gè)MIL-STD-1553總線的連接是通過(guò)板載變壓器實(shí)現(xiàn)的。最后，由一個(gè)或幾個(gè)可編程的FPGA設(shè)備將MIL-STD-1553ASIC連接到主系統(tǒng)，并提供更多的系統(tǒng)功能，如其它I/O、存儲(chǔ)器訪問(wèn)和處理器接口等。

FPGA有多種密度，通常以邏輯單元或門(mén)來(lái)度量。它們有多種形式架構(gòu)，提供了豐富的I/O引腳可供使用。FPGA還可提供內(nèi)部存貯器。例如，當(dāng)前由Xilinx推出的一流的FPGA存貯容量比三年前約增加了10倍。而且還提高了內(nèi)部速度，降低了成本。

現(xiàn)代FPGA海量的存貯和功能使其成為MIL-STD-1553設(shè)計(jì)最理想的選擇。其核心為預(yù)先定義的、且經(jīng)過(guò)測(cè)試的功能，這些功能可以應(yīng)用到FPGA設(shè)計(jì)中。促使工程師們?yōu)镸IL-STD-1553實(shí)施選擇IP設(shè)計(jì)的原因有很多，其中包括：

廢棄部件管理——利用IP核心可以顯著地降低廢棄的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)師不會(huì)束縛于某一個(gè)特定的部件、甚至是FPGA制造商。這與隨時(shí)可能會(huì)被放棄的單一來(lái)源的專(zhuān)用MIL-STD-1553協(xié)議ASIC和處理器（及其制造方法）形成了鮮明的對(duì)比。對(duì)電路實(shí)施FPGA后，設(shè)計(jì)可移植到最新的FPGA中，一般都無(wú)須改變其功能，減少了對(duì)軟件的修改（通常是項(xiàng)目中成本最大的部分）。

減小體積、提高可靠性、降低功耗和重量——將多種功能，包括處理器、I/O、MIL-STD-1553和背板電路綜合到單一的IC中，可顯著地減少部件數(shù)量、板卡空間和熱負(fù)荷。這樣就增加了可靠性，進(jìn)而提高了MTBF。減少部件數(shù)量可以降低飛行設(shè)備系統(tǒng)對(duì)重量、空間及功耗的需求。如圖3所示，設(shè)計(jì)人員可以將多種功能綜合到單一的邏輯設(shè)備中，減少了部件的數(shù)量和體積。

降低成本——由于實(shí)施了FPGA核心，生產(chǎn)和生命周期的成本會(huì)隨著時(shí)間而下降。FPGA價(jià)格歷來(lái)是隨著項(xiàng)目的進(jìn)行而顯著地下滑，而ASIC在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中價(jià)格卻會(huì)上漲。很多航空電子系統(tǒng)已經(jīng)在其設(shè)計(jì)中采用了FPGA，一個(gè)MIL-STD-1553核心實(shí)例可以輕松地融入現(xiàn)有的芯片或同系列的其他更密集的芯片中。單一FPGA中集中了多通道實(shí)例可進(jìn)一步節(jié)省成本，只因?yàn)閱我籉PGA內(nèi)可以容納多個(gè)通道接口。

便于重新編程——由于支持對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硬件的重新編程，核心的實(shí)施顯著降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。如果系統(tǒng)需求發(fā)生變化，或者要修復(fù)一個(gè)錯(cuò)誤時(shí)，基于FPGA的設(shè)計(jì)可以在軟件的控制下進(jìn)行升級(jí)。這種靈活性還可以在硬件構(gòu)造完成后，在硬件和軟件間重新區(qū)分功能。例如，如果在集成階段發(fā)現(xiàn)軟件不能有效地響應(yīng)一個(gè)實(shí)時(shí)事件，可以將該功能下移到FPGA級(jí)別，這樣就將原由軟件實(shí)現(xiàn)的功能轉(zhuǎn)化為硬件功能。

適應(yīng)多種機(jī)體——靈活、可重新編程的解決方案適于為多種機(jī)體構(gòu)架或針對(duì)多用途基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的飛航測(cè)試線上可更換件（LRU）。由于USAF和NATO的多種機(jī)體采用從MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)分離出來(lái)的協(xié)議，所以多種機(jī)體的LRU需要靈活、可編程的設(shè)計(jì)。某些設(shè)計(jì)實(shí)施了通過(guò)特殊的子地址或模式代碼協(xié)議進(jìn)行尋址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)集。很多固定翼和可旋轉(zhuǎn)翼飛機(jī)同時(shí)采用了較老的MIL-STD-1553A和MIL-STD-1553BLRU，這就要求總線控制器和總線監(jiān)視器能夠處理不同的協(xié)議。

對(duì)MIL-STD-1553系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于核心的實(shí)施

現(xiàn)代FPGA的強(qiáng)大功能使其成為MIL-STD-1553設(shè)計(jì)的理想選擇，這就是CondorEngineering推出FlightCORE的原因。FlightCORE是一種允許設(shè)計(jì)人員在各種Altera和Xilinx的FPGA中輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)版權(quán)的實(shí)例化設(shè)計(jì)的MIL-STD-1553IP。多數(shù)情況下，利用Xilinx綜合技術(shù)（XST）或AlteraQuartusII集成綜合技術(shù)（QIS），F(xiàn)lightCORE1553可以在兩天內(nèi)成功地集成。如圖4所示，用戶只須將CondorEngineering的IP核心與其自身邏輯和CondorEngineering的個(gè)別化模塊（3mmx3mm）集成，即可實(shí)現(xiàn)高性能的MIL-STD-1553設(shè)計(jì)。FlightCORE還允許開(kāi)發(fā)人員選擇存儲(chǔ)器的大小以恰好地與其系統(tǒng)需求相匹配。圖4還顯示了可以實(shí)施內(nèi)部存貯和/或外部雙端口隨機(jī)存貯器。該產(chǎn)品還提供了ManchesterII編碼與解碼、信息協(xié)議驗(yàn)證與合法化及為接口控制和編程實(shí)施簡(jiǎn)單的共享存貯架構(gòu)等所有的必要組件。只需增加外部收發(fā)器即可，如標(biāo)準(zhǔn)的COTSMIL-STD-1553或RS-485收發(fā)器。