CN105357070A - 一种基于fpga的arinc818总线分析与测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种基于FPGA的ARINC818总线分析与测试装置，其主要应用于航空数字视频传输***，可实现对ARINC818总线设备的仿真测试和调试分析。与现有技术相比较，本发明的优点如下：(1)本发明可根据接口控制协议输出满足ARINC818标准的FC视频流，作为ARINC818总线接收产品的测试源。(2)本发明可接收并存储FC中ARINC818视频流，实现对ARINC818总线接口的视频传输产品的协议符合性分析。(3)本发明利用现场可编程门阵列(FPGA)实现协议处理主要逻辑的实体化，具有硬件简单，集成度高，成本低，可扩展性强等特点。

Description

一种基于FPGA的ARINC818总线分析与测试装置
技术领域
本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种基于FPGA的ARINC818总线分析与测试装置，其主要应用于航空数字视频传输***，可实现对ARINC818总线设备的仿真测试和调试分析。
背景技术
ARINC818作为新一代航空数字视频总线(AvionicsDigitalVideoBus，ADVB)标准，基于FC-AV(FibreChannel-AudioVideo)协议制定，可以映射于光纤通道，继承了FC-AV协议的高分辨率、高可靠性、低延迟和抗电磁干扰性能强等优点，满足了航空***中高速实时无压缩视频的传输需求。
目前国内支持ARINC818标准的设备研制所需仿真测试、调试分析、维护保障等配套方案严重缺失，只能依赖国外昂贵、功能复杂且冗余的商用光纤通道(FC)协议分析设备。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题：针对ARINC818总线产品的协议符合性和可靠性需求，如何基于FPGA技术实现ARINC818总线的分析与测试功能，为设计生产ARINC818总线产品提供了有效的仿真测试、调试分析工具。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于FPGA的ARINC818总线分析与测试方法，其基于ARINC818总线分析与测试装置来实施，所述装置用于实现对ARINC818总线的分析与测试功能，包括对ARINC818总线的采集分析功能和模拟满足ARINC818总线标准的激励源功能；
具体而言，所述ARINC818总线分析与测试装置包括：PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、ARINC818组帧模块、ARINC818帧解析模块、状态控制与存储模块、原始并行数据存储模块、协议参数注入模块、激励数据存储模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块及光电转换模块，结合大容量存储单元实现对ARINC818总线的采集分析功能和模拟满足ARINC818总线标准的激励源功能；
其中，所述的ARINC818总线的采集分析功能由PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块、ARINC818帧解析模块、状态控制与存储模块、原始并行数据存储模块来实现；其中，ARINC818帧解析模块是数据分析处理的核心；状态控制与存储模块由链路状态寄存器、采集控制寄存器组成；原始并行数据存储模块控制大容量存储单元分别存储原始并行数据、容器头和帧头、载荷数据；
所述模拟满足ARINC818总线标准的FC激励源功能由PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、协议参数注入模块、激励数据存储模块、ARINC818组帧模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块来实现；其中ARINC818组帧模块作为协议处理的核心由同步控制单元、数据缓存FIFO、ARINC818组帧状态机组成；
所述基于FPGA的ARINC818总线分析与测试方法包括如下过程：
(1)实现ARINC818总线的采集分析功能的过程如下：
步骤S1：映射于光纤通道上的ARINC818总线数据通过光电转换模块转换成高速差分串行信号，经过高速串行收发与8B/10B编解码模块进行解串和8B/10B解码处理得到原始并行数据流；
步骤S2：ARINC818帧解析模块对原始并行数据流进行处理，从检测ARINC818协议帧SOF原语开始，依次完成帧头和容器头的解析、载荷数据的恢复、CRC校验操作；状态控制与存储模块根据采集控制寄存器中的指令结合ARINC818帧解析模块的实时处理结果，置位相应的链路状态寄存器并给出控制指令以保证对ARINC818总线故障情况的有效分析，典型故障处理包括：①当检测到8B/10B解码错误时，置位链路状态寄存器中8B/10B解码错误位并复位高速串行收发与8B/10B编解码模块，同时控制原始并行数据存储模块停止存储记录；②当检测到链路失同步时，控制原始并行数据存储模块立即停止记录，置位链路状态寄存器中丢失同步位并复位ARINC818帧解析模块等待重新获取链路同步直至下一个SOFi到来；③当检测到CRC校验错误时，置位链路状态寄存器中CRC错误位，控制原始并行数据存储模块保持原始并行数据、容器头和帧头数据的存储记录，不存储记录载荷数据；④当检测到EOF错误，只置位链路状态寄存器中EOF错误位；
步骤S3：激励注入与状态控制模块实现缓存链路状态寄存器和采集控制寄存器中内存，原始并行数据存储模块同步控制原始并行数据、容器头和帧头、载荷数据的存储；
步骤S4：通过PCIe总线控制模块将激励注入与状态控制模块中采集分析功能相关寄存器、原始并行数据存储器中各个数据块分别传输至上位机，在上位机中采集和分析的状态信息和原始数据同步显示，并以文件的形式完成存盘；
(2)实现模拟满足ARINC818标准的FC激励源功能的过程如下：
步骤T1：功能实现过程与ARINC818总线采集分析过程相逆，上位机设定的ARINC818协议参数由PCIe总线控制模块传输到激励注入与状态控制模块中，通过协议参数注入模块提取模拟激励源功能所需的***配置参数，上位机选定的模拟载荷数据则通过PCIe总线控制模块直接传输到激励数据存储模块中，供ARINC818组帧模块使用；
步骤T2：同步控制单元根据ARINC818协议参数的设定值，生成同步时序控制信号，ARINC818组帧状态机依次将ADVB帧头、容器头和辅助数据或从数据缓存FIFO读取的载荷数据、实时计算得到的CRC校验值组合到SOF、EOF之间构成完整的ARINC818数据帧数据流；
步骤T3：ARINC818数据帧数据流通过高速串行收发与8B/10B编解码模块得到高速差分串行信号，再由光电转换模块映射于光纤通道上，最终实现符合ARINC818标准的FC激励源的模拟。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明的优点如下：
(1)本发明可根据接口控制协议输出满足ARINC818标准的FC视频流，作为ARINC818总线接收产品的测试源。
(2)本发明可接收并存储FC中ARINC818视频流，实现对ARINC818总线接口的视频传输产品的协议符合性分析。
(3)本发明利用现场可编程门阵列(FPGA)实现协议处理主要逻辑的实体化，具有硬件简单，集成度高，成本低，可扩展性强等特点。
附图说明
图1为总体逻辑功能和具体实现示意图。
图2为ARINC818总线采集分析原理示意图。
图3为ARINC818帧解析流程示意图。
图4为ARINC818总线激励原理示意图。
图5为ARINC818组帧状态机示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题，如图1-图5，本发明提供一种基于FPGA的ARINC818总线分析与测试方法，其基于ARINC818总线分析与测试装置来实施，所述装置采用现场可编程门阵列(FPGA)结合电源时钟复位逻辑、大容量存储单元、光电转换逻辑等，用于实现对ARINC818总线的分析与测试功能，包括对ARINC818总线的采集分析功能和模拟满足ARINC818总线标准的激励源功能；
具体而言，所述ARINC818总线分析与测试装置包括：PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、ARINC818组帧模块、ARINC818帧解析模块、状态控制与存储模块、原始并行数据存储模块、协议参数注入模块、激励数据存储模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块及光电转换模块，结合大容量存储单元实现对ARINC818总线的采集分析功能和模拟满足ARINC818总线标准的激励源功能；
其中，所述的ARINC818总线的采集分析功能由PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块、ARINC818帧解析模块、状态控制与存储模块、原始并行数据存储模块来实现；其中，ARINC818帧解析模块是数据分析处理的核心；状态控制与存储模块由链路状态寄存器、采集控制寄存器组成；原始并行数据存储模块控制大容量存储单元分别存储原始并行数据、容器头和帧头、载荷数据；
所述模拟满足ARINC818总线标准的FC激励源功能由PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、协议参数注入模块、激励数据存储模块、ARINC818组帧模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块来实现；其中ARINC818组帧模块作为协议处理的核心主要由同步控制单元、数据缓存FIFO、ARINC818组帧状态机组成；
如图1所示，所述基于FPGA的ARINC818总线分析与测试方法包括如下过程：
(1)实现ARINC818总线的采集分析功能的过程如下：
步骤S1：映射于光纤通道上的ARINC818总线数据通过光电转换模块转换成高速差分串行信号，经过高速串行收发与8B/10B编解码模块进行解串和8B/10B解码处理得到原始并行数据流；
步骤S2：如图2所示，ARINC818帧解析模块对原始并行数据流进行处理，按照图3所示流程，从检测ARINC818协议帧SOF原语开始，依次完成帧头和容器头的解析、载荷数据的恢复、CRC校验等操作；状态控制与存储模块根据采集控制寄存器中的指令结合ARINC818帧解析模块的实时处理结果，置位相应的链路状态寄存器并给出控制指令以保证对ARINC818总线故障情况的有效分析，典型故障处理包括：①当检测到8B/10B解码错误时，置位链路状态寄存器中8B/10B解码错误位并复位高速串行收发与8B/10B编解码模块，同时控制原始并行数据存储模块停止存储记录；②当检测到链路失同步时，控制原始并行数据存储模块立即停止记录，置位链路状态寄存器中丢失同步位并复位ARINC818帧解析模块等待重新获取链路同步直至下一个SOFi到来；③当检测到CRC校验错误时，置位链路状态寄存器中CRC错误位，控制原始并行数据存储模块保持原始并行数据、容器头(ContainerHeader)和帧头(FrameHeader)数据的存储记录，不存储记录载荷数据；④当检测到EOF错误，只置位链路状态寄存器中EOF错误位；
步骤S3：激励注入与状态控制模块实现缓存链路状态寄存器和采集控制寄存器中内存，原始并行数据存储模块同步控制原始并行数据、容器头和帧头、载荷数据的存储；
步骤S4：通过PCIe总线控制模块将激励注入与状态控制模块中采集分析功能相关寄存器、原始并行数据存储器中各个数据块分别传输至上位机，在上位机中采集和分析的状态信息和原始数据同步显示，并以文件的形式完成存盘；
(2)实现模拟满足ARINC818标准的FC激励源功能的过程如下：
步骤T1：功能实现过程与ARINC818总线采集分析过程相逆，上位机设定的ARINC818协议参数由PCIe总线控制模块传输到激励注入与状态控制模块中，通过协议参数注入模块提取模拟激励源功能所需的***配置参数，上位机选定的模拟载荷数据(VideoData)则通过PCIe总线控制模块直接传输到激励数据存储模块中，供ARINC818组帧模块使用；
步骤T2：同步控制单元根据ARINC818协议参数的设定值，生成同步时序控制信号，按照如图5所示，ARINC818组帧状态机依次将ADVB帧头、容器头和辅助数据(AncillaryData)或从数据缓存FIFO读取的载荷数据(VideoData)、实时计算得到的CRC校验值组合到SOF、EOF之间构成完整的ARINC818数据帧数据流；
步骤T3：ARINC818数据帧数据流通过高速串行收发与8B/10B编解码模块得到高速差分串行信号，再由光电转换模块映射于光纤通道(FC)上，最终实现符合ARINC818标准的FC激励源的模拟。
综上所述，本发明在实例化中以工业级高品质FPGA器件为核心，***配置相应的电源、时钟、复位、光电转换以及大容量存储(DDR2)模块，在FPGA内部实现激励注入与状态控制、ARINC818组帧、ARINC818帧解析、高速串行收发与8B/10B编解码等主要功能模块；满足对ARINC818总线设备的仿真测试和调试分析功能需求，具有集成度高，成本低，可扩展性强等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于FPGA的ARINC818总线分析与测试方法，其特征在于，其基于ARINC818总线分析与测试装置来实施，所述装置用于实现对ARINC818总线的分析与测试功能，包括对ARINC818总线的采集分析功能和模拟满足ARINC818总线标准的激励源功能；
具体而言，所述ARINC818总线分析与测试装置包括：PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、ARINC818组帧模块、ARINC818帧解析模块、状态控制与存储模块、原始并行数据存储模块、协议参数注入模块、激励数据存储模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块及光电转换模块，结合大容量存储单元实现对ARINC818总线的采集分析功能和模拟满足ARINC818总线标准的激励源功能；
其中，所述的ARINC818总线的采集分析功能由PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块、ARINC818帧解析模块、状态控制与存储模块、原始并行数据存储模块来实现；其中，ARINC818帧解析模块是数据分析处理的核心；状态控制与存储模块由链路状态寄存器、采集控制寄存器组成；原始并行数据存储模块控制大容量存储单元分别存储原始并行数据、容器头和帧头、载荷数据；
所述模拟满足ARINC818总线标准的FC激励源功能由PCIe总线控制模块、激励注入与状态控制模块、协议参数注入模块、激励数据存储模块、ARINC818组帧模块、高速串行收发与8B/10B编解码模块来实现；其中ARINC818组帧模块作为协议处理的核心由同步控制单元、数据缓存FIFO、ARINC818组帧状态机组成；
所述基于FPGA的ARINC818总线分析与测试方法包括如下过程：
(1)实现ARINC818总线的采集分析功能的过程如下：
步骤S1：映射于光纤通道上的ARINC818总线数据通过光电转换模块转换成高速差分串行信号，经过高速串行收发与8B/10B编解码模块进行解串和8B/10B解码处理得到原始并行数据流；
步骤S2：ARINC818帧解析模块对原始并行数据流进行处理，从检测ARINC818协议帧SOF原语开始，依次完成帧头和容器头的解析、载荷数据的恢复、CRC校验操作；状态控制与存储模块根据采集控制寄存器中的指令结合ARINC818帧解析模块的实时处理结果，置位相应的链路状态寄存器并给出控制指令以保证对ARINC818总线故障情况的有效分析，典型故障处理包括：①当检测到8B/10B解码错误时，置位链路状态寄存器中8B/10B解码错误位并复位高速串行收发与8B/10B编解码模块，同时控制原始并行数据存储模块停止存储记录；②当检测到链路失同步时，控制原始并行数据存储模块立即停止记录，置位链路状态寄存器中丢失同步位并复位ARINC818帧解析模块等待重新获取链路同步直至下一个SOFi到来；③当检测到CRC校验错误时，置位链路状态寄存器中CRC错误位，控制原始并行数据存储模块保持原始并行数据、容器头和帧头数据的存储记录，不存储记录载荷数据；④当检测到EOF错误，只置位链路状态寄存器中EOF错误位；
步骤S3：激励注入与状态控制模块实现缓存链路状态寄存器和采集控制寄存器中内存，原始并行数据存储模块同步控制原始并行数据、容器头和帧头、载荷数据的存储；
步骤S4：通过PCIe总线控制模块将激励注入与状态控制模块中采集分析功能相关寄存器、原始并行数据存储器中各个数据块分别传输至上位机，在上位机中采集和分析的状态信息和原始数据同步显示，并以文件的形式完成存盘；
(2)实现模拟满足ARINC818标准的FC激励源功能的过程如下：
步骤T1：功能实现过程与ARINC818总线采集分析过程相逆，上位机设定的ARINC818协议参数由PCIe总线控制模块传输到激励注入与状态控制模块中，通过协议参数注入模块提取模拟激励源功能所需的***配置参数，上位机选定的模拟载荷数据则通过PCIe总线控制模块直接传输到激励数据存储模块中，供ARINC818组帧模块使用；
步骤T2：同步控制单元根据ARINC818协议参数的设定值，生成同步时序控制信号，ARINC818组帧状态机依次将ADVB帧头、容器头和辅助数据或从数据缓存FIFO读取的载荷数据、实时计算得到的CRC校验值组合到SOF、EOF之间构成完整的ARINC818数据帧数据流；
步骤T3：ARINC818数据帧数据流通过高速串行收发与8B/10B编解码模块得到高速差分串行信号，再由光电转换模块映射于光纤通道上，最终实现符合ARINC818标准的FC激励源的模拟。
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