一种多路1553B总线光纤中继装置和方法与流程

本发明属于计算机通信1553总线技术领域，具体涉及一种多路1553b总线光纤中继装置和方法。

背景技术：

mil-std-1553b时分制指令/响应式多路数据传输总线协议(1553b)，是1978年由美国军方制定的一种航空系统通信总线标准，具有实时性好和可靠性高的优点，在各种军用、民用飞机以及战车战舰都表现极其优越。1553b总线采用的是指令/响应型的通信协议，其传输速率为1mbps，协议字的长度20bit，数据位有效长度为16bit，信息量最大长度为32个字，传输方式为半双工方式。为了进一步提高应用系统的可靠性，1553b总线还可以在系统设计层次上进行冗余设计，采用双冗余总线、三冗余总线、甚至四冗余总线。1553b总线通常采用变压器耦合方式，通过耦合器和隔离变压器进行1553b总线设备接入，并进行终端故障隔离。

1553b总线采用双绞线电缆。电缆重量较大，易受到电磁干扰，无法进行长距离传输。1553b总线信号有两种状态：有信号状态和无信号状态。1553b总线是半双工模式，工作在发送或接收状态。多路1553总线在同一时刻存在不同的信号状态和不同的收发方向。在设计多路1553总线中继方案时，需要提供一种经济、高效的方法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种经济、高效的多路1553b总线光纤中继装置和方法，最多可以为4路1553b总线或者4冗余1553b总线提供中继方案；同时能有效区分和实现4路1553b总线不同的信号状态和半双工状态。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多路1553b总线光纤中继装置，包括1553b隔离变压器、1553b接口驱动器、fpga和sfp光模块；每个1553b端口的双向差分信号经过1553b隔离变压器传送到1553b接口驱动器转换为两个单向收发信号再传送到fpga；每个1553b端口有独立的1553b隔离变压器和1553b接口驱动器；fpga用于实现将4路单向1553b电信号通过曼彻斯特编解码模块、信号复合模块、信号分配模块、8b/10b编解码模块和串并/并串转换模块处理转换为单路串行比特流传送到sfp光模块，所述串并/并串转换模块称为serdes模块。

优选地，其中，所述fpga包括4个曼彻斯特编解码模块、1个信号复合模块、1个信号分配模块、1个8b/10b编解码模块和1个serdes模块；

所述曼彻斯特编解码模块：(1)用于将1553b接口驱动器输出的单电平曼彻斯特码转换为nrz码，用1比特位宽表示，定义为发送单路数据信号tx_sgl_data信号，定义1比特位宽的单路数据使能信号sgl_data_en信号，当1553b总线处于无信号状态时，发送单路数据使能信号tx_sgl_data_en信号为0，否则tx_sgl_data_en为1；(2)对于信号分配模块输出的接收单路数据使能信号rx_sgl_data_en和接收单路数据信号rx_sgl_data信号，如果rx_sgl_data_en为0，曼彻斯特编解码模块输出全0给1553b接口驱动器，且1553总线处于无信号状态，如果rx_sgl_data_en为1，曼彻斯特编解码模块将rx_sgl_data编码为单电平曼彻斯特码输出给1553b接口驱动器。

优选地，所述信号复合模块的输入信号包括端口1对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_1和tx_sgl_data_1，包括端口2对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_2和tx_sgl_data_2，包括端口3对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_3和tx_sgl_data_3，还包括端口4对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_4和tx_sgl_data_4；信号复合模块输出信号为1比特位宽的tx_mul_data_en和8比特位宽的tx_mul_data至8b/10b编解码模块；如果包括tx_sgl_data_en_1至tx_sgl_data_en_4的4个tx_sgl_data_en信号中任何一个为1时，则tx_mul_data_en为1；如果4个tx_sgl_data_en信号全都为0时，则tx_mul_data_en为0；tx_sgl_data_en_1等于tx_mul_data的比特7，tx_sgl_data_1等于tx_mul_data的比特6，tx_sgl_data_en_2等于tx_mul_data的比特5，tx_sgl_data_2等于tx_mul_data的比特4，tx_sgl_data_en_3等于tx_mul_data的比特3，tx_sgl_data_3等于tx_mul_data的比特2，tx_sgl_data_en_4等于tx_mul_data的比特1，tx_sgl_data_4等于tx_mul_data的比特0。

优选地，所述信号分配模块的输入信号为8b/10b编解码模块输出的1比特位宽的接收复合数据使能信号rx_mul_data_en和8比特位宽的接收复合数据信号rx_mul_data；信号分配器的输出信号为输出至端口1的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_1和rx_sgl_data_1，输出至端口2的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_2和rx_sgl_data_2，输出至端口3的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_3和rx_sgl_data_3，输出至端口4的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_4和rx_sgl_data_4；当rx_mul_data_en为1时，rx_sgl_data_en_1等于rx_mul_data的比特7、rx_sgl_data_1等于rx_mul_data的比特6、rx_sgl_data_en_2等于rx_mul_data的比特5、rx_sgl_data_2等于rx_mul_data的比特4、rx_sgl_data_en_3等于rx_mul_data的比特3、rx_sgl_data_3等于rx_mul_data的比特2、rx_sgl_data_en_4等于rx_mul_data的比特1、rx_sgl_data_4等于rx_mul_data的比特0；否则，当rx_mul_data_en为0时，rx_sgl_data_en_1、rx_sgl_data_1、rx_sgl_data_en_2、rx_sgl_data_2、rx_sgl_data_en_3、rx_sgl_data_3、rx_sgl_data_en_4、rx_sgl_data_4全部为0。

优选地，所述8b/10b编解码模块：用于进行8b到10b编码处理：当tx_mul_data_en为1时，将8比特位宽tx_mul_data编码为10比特位宽的数据码，输出至serdes模块；当tx_mul_data_en为0时，输出10比特位宽的空闲码至serdes模块；还用于进行10b到8b解码处理：解码输出8比特位宽的rx_mul_data，如果10码为数字码，rx_mul_data_en为1，否则为0。

优选地，所述serdes模块：用于将10比特并行数据转换为高速1比特串行数据输出；还用于将接收的高速1比特串行数据转换为10比特并行数据。

本发明还提供了一种利用所述的装置实现的4路1553b总线中继方法，包括以下步骤：将4路1553b总线通过4个1553b耦合器接入到一中继装置，中继装置将在4路1553b总线上接收到的电信号转换为光信号在1根发送光纤上进行传输，再利用另一中继装置将在另1根接收光纤上接收到的光信号转换为电信号相应发送至4路1553b总线上，其中两台中继装置分别将相应的1553总线#1接入中继装置的端口1，1553总线#2接入中继装置的端口2，1553总线#3接入中继装置的端口3，1553总线#4接入中继装置的端口4。

优选地，两台中继装置之间通过2根光纤进行连接。

(三)有益效果

本发明实现了多路1553b总线中继，最多可以为4路1553b总线或者4冗余1553b总线提供中继方案，增加通信距离，减少电缆数目和重量；本发明能有效区分和实现4路1553b总线不同的信号状态和半双工状态，方案简单，可实现性强；本发明只用2个光纤实现了多路1553b总线中继方法和装置，经济且高效；本发明只用2个光纤实现了多路1553b总线中继的方法，减轻了电缆重量，不受到电磁干扰，极大增加了传输距离。

附图说明

图1为本发明的中继装置结构示意图；

图2为本发明的中继系统结构示意图。

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。

如图1所示，本发明提供的一种多路1553b总线光纤中继装置包括1553b隔离变压器、1553b接口驱动器、fpga和sfp光模块；每个1553b端口的双向差分信号经过1553b隔离变压器传送到1553b接口驱动器转换为两个单向收发信号再传送到fpga；每个1553b端口有独立的1553b隔离变压器和1553b接口驱动器；fpga用于实现将4路单向1553b电信号通过曼彻斯特编解码模块、信号复合模块、信号分配模块、8b/10b编解码模块和串并/并串转换(serdes)模块处理转换为单路串行比特流传送到sfp光模块。

其中，fpga包括4个曼彻斯特编解码模块、1个信号复合模块、1个信号分配模块、1个8b/10b编解码模块和1个serdes模块。

曼彻斯特编解码模块：(1)用于将1553b接口驱动器输出的单电平曼彻斯特码转换为nrz码，用1比特位宽表示，定义为发送单路数据信号tx_sgl_data信号，定义1比特位宽的单路数据使能信号sgl_data_en信号，当1553b总线处于无信号状态时，发送单路数据使能信号tx_sgl_data_en信号为0，否则tx_sgl_data_en为1；(2)对于信号分配模块输出的接收单路数据使能信号rx_sgl_data_en和接收单路数据信号rx_sgl_data信号，如果rx_sgl_data_en为0，曼彻斯特编解码模块输出全0给1553b接口驱动器，且1553总线处于无信号状态，如果rx_sgl_data_en为1，曼彻斯特编解码模块将rx_sgl_data编码为单电平曼彻斯特码输出给1553b接口驱动器。

信号复合模块：信号复合模块的输入信号包括端口1对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_1和tx_sgl_data_1，包括端口2对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_2和tx_sgl_data_2，包括端口3对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_3和tx_sgl_data_3，还包括端口4对应曼彻斯特编解码模块输出的信号，为tx_sgl_data_en_4和tx_sgl_data_4；信号复合模块输出信号为1比特位宽的tx_mul_data_en和8比特位宽的tx_mul_data至8b/10b编解码模块；如果4个tx_sgl_data_en(包括tx_sgl_data_en_1至tx_sgl_data_en_4)信号任何一个为1时，则tx_mul_data_en为1；如果4个tx_sgl_data_en信号全都为0时，则tx_mul_data_en为0；tx_sgl_data_en_1等于tx_mul_data的比特7，tx_sgl_data_1等于tx_mul_data的比特6，tx_sgl_data_en_2等于tx_mul_data的比特5，tx_sgl_data_2等于tx_mul_data的比特4，tx_sgl_data_en_3等于tx_mul_data的比特3，tx_sgl_data_3等于tx_mul_data的比特2，tx_sgl_data_en_4等于tx_mul_data的比特1，tx_sgl_data_4等于tx_mul_data的比特0。

信号分配模块：信号分配模块的输入信号为8b/10b编解码模块输出的1比特位宽的接收复合数据使能信号rx_mul_data_en和8比特位宽的接收复合数据信号rx_mul_data；信号分配器的输出信号为输出至端口1的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_1和rx_sgl_data_1，输出至端口2的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_2和rx_sgl_data_2，输出至端口3的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_3和rx_sgl_data_3，输出至端口4的对应曼彻斯特编解码模块的rx_sgl_data_en_4和rx_sgl_data_4；当rx_mul_data_en为1时，rx_sgl_data_en_1等于rx_mul_data的比特7、rx_sgl_data_1等于rx_mul_data的比特6、rx_sgl_data_en_2等于rx_mul_data的比特5、rx_sgl_data_2等于rx_mul_data的比特4、rx_sgl_data_en_3等于rx_mul_data的比特3、rx_sgl_data_3等于rx_mul_data的比特2、rx_sgl_data_en_4等于rx_mul_data的比特1、rx_sgl_data_4等于rx_mul_data的比特0；否则，当rx_mul_data_en为0时，rx_sgl_data_en_1、rx_sgl_data_1、rx_sgl_data_en_2、rx_sgl_data_2、rx_sgl_data_en_3、rx_sgl_data_3、rx_sgl_data_en_4、rx_sgl_data_4全部为0。

8b/10b编解码模块：(1)8b到10b编码处理：当tx_mul_data_en为1时，将8比特位宽tx_mul_data编码为10比特位宽的数据码，输出至serdes模块；当tx_mul_data_en为0时，输出10比特位宽的空闲码至serdes模块；(2)10b到8b解码处理：解码输出8比特位宽的rx_mul_data，如果10码为数字码，rx_mul_data_en为1，否则为0。

serdes模块：(1)将10比特并行数据转换为高速1比特串行数据输出；(2)将接收的高速1比特串行数据转换为10比特并行数据。

sfp光模块是一种小封装、可热插拔的光纤收发一体模块，实现光电/电光信号转换，具有灵活性、易维护、低成本等特点，广泛地被应用到各种光纤应用场景。

如图2所示，利用本发明的中继装置实现了4路1553b总线中继方法，将4路1553b总线通过4个1553b耦合器接入到本发明的中继装置(中继器)。中继装置将在4路1553b总线上接收到的电信号转换为光信号在1根发送光纤上进行传输。再利用本发明的另一中继装置将在另1根接收光纤上接收到的光信号转换为电信号相应发送至4路1553b总线上。其中两台中继装置分别将相应的1553总线#1接入中继装置的端口1，1553总线#2接入中继装置的端口2，1553总线#3接入中继装置的端口3，1553总线#4接入中继装置的端口4。两台中继装置之间通过2根光纤进行连接。

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。