基于FPGA的飞行模拟器通信接口设计

　　摘要：在飞行模拟器的设计中，为了使数据能够快速有效地在飞行模拟器的各个模块之间进行高速传递，提出了一种使用FPGA作为CAN总线节点结构中的核心处理器的设计方法，并完成了飞行模拟器通信接口的软硬件设计。采用Verilog HDL进行编程，能够完成对SJA1000总线控制器的有效读写。实际测试表明，相较于单片机作为处理器，本设计可扩展性好，易于修改和移植，能降低模拟器成本。

　　飞行模拟器是现代飞行员训练的必需设备，它是一种由计算机实时控制、多系统协调工作、能模拟真实飞行环境的模拟设备。相较于利用飞机的飞行训练而言，利用飞行模拟器的模拟飞行训练不仅不受天气等自然条件的制约，而且没有后勤、机务保障以及飞行安全等因素的限制。国内外许多单位均研制了各种不同种类和规模的训练模拟器，并取得良好的训练效果，保证了飞行任务的圆满完成。

　　在飞行模拟器的设计中，要求大量的信息能够快速有效地在飞行模拟器的各个模块之间进行高速传递，这就需要一定的通信接口协议来实现数据的交互。目前，飞行模拟器通常采用CAN总线作为通信协议，并采用单片机作为微处理器，可扩展性差。文章根据飞行模拟器的结构特点，分析了现场总线技术和FPGA技术的发展，根据飞行模拟器的实际需要和总线自身特点，选用了CAN总线来作为主机和现场设备的通信方式，并使用FPGA作为CAN总线节点结构中的核心处理器，对飞行模拟器通信接口进行了设计。

　　1 硬件系统设计

　　CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信总线，是国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。CAN最早被设计作为汽车环境中微控制器的通讯，但由于其灵活性好、可靠性高、功能完善，已经被广泛应用到各个自动控制领域，CAN总线具有根据优先级的多主结构、可靠的错误检测和处理机制、传输速率高（最高可达1 Mb/s）、传输距离远（波特率低于5 kb/s时最远可达10 km），克服了RS-485网络的低总线利用率、单主从结构、无硬件错误检测的不足。在飞行模拟器的设计过程中，主控机需要与多个模块进行交互，选用CAN总线接口是非常适合的。