MILSTD1553B(以下简称1553B)总线年代提出的飞机内部电子系统联网标准，由于具有可靠性高、实时性好、使用灵活等优点，广泛应用在军用有人和无人机中。我国于1987年建立了与1553B相应的国家军用标准《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线年对原标准进行扩充和修订(GJB 289A-1997)，一直沿用至今。

　　FlexRay总线是一款新型时间总线，具有高速率，时间确定性，信道容错冗余功能，完全满足新型分布式结构飞行仿真计算机内部总线数据通信需求。根据分布式结构飞行仿线B通信接口的需求，本文设计了基于FlexRay总线 分布式飞行仿真计算机简介典型的基于FlexRay

　　总线的分布式飞行仿真计算机由中央处理单元、串口量单元、模拟量单元、开关量单元及1553B接口单元组成。其中CPU单元是分布式飞行仿真计算机的核心主控单元，其功能主要通过CAN总线接收其余四个功能模块的上行数据，经控制律解算及逻辑管理后，将数据下行传输给各功能板。其结构图如图1所示，本文设计研究一种基于FlexRay新型总线B接口单元。

　　FPGA硬件连接灵活，编写程序简单，且该芯片IO口资源丰富。图2为基于FlexRay的飞行仿线B节点硬件总体设计。如图2所示，本设计采用BU-61580S3作为1553B主控芯片。BU-61580

　　BU-61580的IO接口为5 V电平接口，而EP3CQ240的IO电平为3.3 V，故在FPGA与BU-61580之间需要通过一个电平转换模块进行电平匹配。FlexRay节点有3种架构方式，分别为微处理器(MCU)+通讯(CC)+总线驱动器(BD)，微处理器+总线种。其中前两种架构已经实现，本设计采用微处

　　理器+通信+总线收发器的架构模式，其中通信采用MFR4310，它是飞思卡尔半导体公司推出的一款面向汽车的FlexRay设备，它的物理层通道有两个独立的发送/接收通道，每个通道的传输速率可达10Mbit/s。通信两路通道的总线是恩智浦半导体公司推出的FlexRay收发器，它提供了1Mbit/s到10Mbit /s的传输率，可以配置成主动星型或者节点收发器。

　　为了保证系统正确无误运行及调试方便考虑，本设计还增加了供电系统、时钟系统、调试及测试接口、外部存储器系统、复位及复位配置系统、RS232总线个模块作为辅助功能。

　　BU-61580芯片为DDC公司使用最为广泛的控制芯片，拥有多种操作模式，如透明模式、缓冲模式，本设计采用缓冲模式。如图3所示，通过将BU-61580的16/8引脚连接至VCC，TRANSPARENT/BUFFERED、ZEROWAIT引脚连接至GND，将BU-61580的工作模式设置为16位零等待缓冲模式，具体管脚配置见表1。

　　由于BU-61580的输入高电平阈值为2 V，输出高电平为5 V，而FPGA的工作电平为3.3 V，故FPGA的输出电平可用于驱动BU-61580，但BU-61580输出信号至FPGA过程中需要外加电平转换芯片。本设计采用的是SN74ALVC164245作为电平转换芯片，该芯片拥有十六位电平转换长度。

　　本设计采用的隔离变压器芯片为B-3226，该芯片每个通道通信可以达到1 Mbit/s，可以提供很好的通信带宽，具有强大的容错传输功能。耦合变压器与BU-61580硬件连接如图4所示，BU-61580内部拥有两路1553B收发器分别与隔离变压器B-3226相连，B-3226将1553B电平逻辑转换为TTL逻辑电平，进而将处理后的信号送入BU-61580内部的收发器中，实现一次1553B接收通信。

　　本设计中，选择MFR4310作为FlexRay总线主控芯片，该芯片具有两条通信通道，每条通道速率可配置为：2.5，5，8，10Mbit/s;TJA1080作为独立的FlexRay收发器，具有低电磁辐射特性。外界传感器数据通过1553B总线传输至本板卡后，经FPGA预处理后通过FlexRay总线发送至CPU单元中，从而实现一次CPU读取外部传感器信息。

　　MFR4310与处理器拥有3种连接模式，分别为：异步存储器接口(AMI)、MPC接口、HCS12接口。硬件设计通过配置IF_SEL0和IF_SEL1两个引脚来选择哪种接口模式。按照飞思卡尔官方推荐连接电路，MPC接口主要为MFR4310与PowerPC处理所设计的接口，而HCS12接口主要为MFR4310与HCS12系列处理器所设计的接口，由于本设计采用的处理器为FPGA，故采用异步存储器接口。具体硬件连接图如图5所示，AMI接口将通信配置为异步存储器从设备，进而能够与多种处理器进行数据交互，在AMI接口模式下，处理器通过控制CE#、0E#、WE#等信号实现与MFR4310数据交换。

　　图5为通信引脚配置连接图，如图5所示，由于本设计采用AMI模式，需要设置IF_SEL[0：1]为{2h10}，该值可通过将IF_SEL0引脚下拉、IF_SEL1引脚上拉来实现。

　　通信与收发器硬件连接图如图6所示，FlexRay模块内部主要由由控制主机接口(CHI)与协议引擎(PE)等部分组成，主机可通过CHI模块访问FlexRay功能模块的配置、控制和状态信息机消息缓冲区的配置、控制和状态信息。这些消息缓冲区位于FlexRay模块内存(FRM)中，用于存储发送和接收的帧头、有效负载数据、时序消息等。而PE模块有TxA和TxB两个发送单元及RxA、RxB两个接收单元，分别用于两个FlexRay通道发送和接收帧信息。

　　通信通过信号引脚TxD、RXD、TXEN与总线收发器进行连接，正常高速通信模式下，当MFR4310通讯的TJXEN [1：2]#引脚为高电平时，TJA1080的发送使能引脚TXEN有效，这时TJA1080的TXD输入引脚把从通讯TXD_BG[1：2]引脚输入的数字位流，转换成相应的模拟总线信号再输出到FlexRay总线将FlexRay总线上的模拟总线信号转换成相应的数字位流，从TJA1080的RXD引脚输送到通讯MFR310的RXD_BG2引脚上，完成总线通信的数据通信。

　　从上表可看出，各个传感器的频率并非完全一致。而BU-61580可以通过使用大小周期来支持多种频率的数据传输，在自动发送模式下，可以通过设置小周期为100 Hz、大周期为50 Hz，进而实现数据帧按要求的速率进行传输。

　　总线的信息缓冲器(Message Buffer，简称MB)是用来存储帧数据、配置、控制、状态数据的结构。当总线通信时，MB是暂时存储数据的物理介质，当数据发送时，应用程序将数据存储于MB中，当周期轮转至发送时槽时，硬件节点将数据从MB中取出发送至另一接收节点的相应MB中，实现一次数据通信。

　　3)消息缓冲器初始化。初始化FlexRay通信消息缓冲器与通信数据报文的对应关系，由函数Fr_buffers_init()完成。节点初始化自身完成后就进入通信就绪状态(PO C：ready)。之后，进入初始化网络阶段，这阶段通过发送启动帧完成网络启动。根据表2的配置，节点ECU1和ECU2分别在时槽1和时槽4发送启动信息帧，同时侦听网络中的启动帧个数，直到网络中有足够的启动帧启动网络，数据在正常主动状态下(POC：nomal active)完成节点间通信。详细流程图如图7所示。

　　最后对所设计的基于FlexRay总线B节点进行测试，其测试平台如图8所示。通过NI测试设备对传感器数据进行模拟，进而产生一组传感器数据，实现1553B总线通信。

　　系统上电后，CPU板卡及1553B板卡进行寄存器配置，实现自身初始化，然后CPU板卡作为冷启动节点发送10个冷启动帧至FlexRay总线B板卡接收到冷启动帧后，立即加入FlexRay总线集群中，至此，总线准备完成。待总线准备完成，节点间开始通信，图9为CPU节点与1553B节点间通信波形。

　　如图9所示，FlexRay通信周期为16 ms，静态时隙长度为50s，将CPU板卡与1553B板卡进行通信实验6小时，实验结果如表3所示。

　　通过实验结果可以得出，节点设计合理，本设备可准确接收外界1553B传感器信息，并进行数据处理功能，可为新型分布式无人机飞行仿线B作为航空内部电子系统联网标准，可设计为飞行仿真计算机的外部总线，而FlexRay为新型总线，具有速率快，多冗余等特点，可设计为飞行仿真计算机外部总线。这两种总线各展所长，为飞行仿真计算机提供了快速、稳定的数据传输链路。本文设计了基于FPGA的1553B总线节点，通过与NI设备进行数据通信，结果正确，能够满足飞行仿真计