ARINC429總線廣泛應(yīng)用于商務(wù)運(yùn)輸航空領(lǐng)域，如空中客車A310/A320、A330/A340飛機(jī)，波音公司727、737、747、757和767飛機(jī)，麥道公司MD-11飛機(jī)等。它采用異步雙極性歸零碼進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼，并通過雙絞線傳輸，具有很強(qiáng)的抗干擾性能。目前市場上的ARINC429總線接口設(shè)計(jì)一般都采用專用接口芯片，如Device Engineering公司的DEI-1016,INTERSIL公司的HS-3282等，這些專用芯片價(jià)格昂貴，且路數(shù)有限，使用非常不靈活。為了使系統(tǒng)能夠?qū)RINC429數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，文中提出了一種基于DSP和ARINC429專用協(xié)議芯片HS-3282的總線數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方法。

　　1 ARINC429數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范

　　ARINC429數(shù)據(jù)總線協(xié)議規(guī)定一個(gè)數(shù)據(jù)字由32位組成，以脈沖形式發(fā)送，采用雙極性歸零碼，碼速率為12.5kb/s或100kb/s.電氣特性為：高電平（+10V）為邏輯1;低電平（-10V）為邏輯0;0電平（0V）發(fā)送自身時(shí)鐘脈沖，字與字之間以一定間隔（不少于4位）分開，以此間隔作為字同步。一個(gè)32位的數(shù)據(jù)字由五部分組成：標(biāo)志位（LABEL），用于標(biāo)識傳輸數(shù)據(jù)的信息類型；源/目的標(biāo)識碼（S/D），用于判斷在一個(gè)多系統(tǒng)中的源系統(tǒng)；數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）；符號/狀態(tài)位（SSM），用于標(biāo)識數(shù)據(jù)字的特征或數(shù)據(jù)發(fā)生器的狀態(tài)；奇偶校驗(yàn)位（PARITY），ARINC429數(shù)字信息傳輸使用奇校驗(yàn)。ARINC429數(shù)據(jù)格式如表1所示。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)ARINC429總線數(shù)據(jù)信息的接收和發(fā)送。本系統(tǒng)中采用TI公司的DSP芯片TMS320F2812為控制和CPLD芯片作譯碼電路控制429數(shù)據(jù)收發(fā)芯片時(shí)序邏輯，配合1片高性能ARINC429數(shù)據(jù)收發(fā)芯片HS-3282和1片ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送驅(qū)動(dòng)芯片HS-3182,形成1個(gè)數(shù)據(jù)接收通道和1個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送通道，由它們構(gòu)成數(shù)據(jù)收發(fā)、串/并、并/串轉(zhuǎn)換的主體，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2.1 TMS320F2812

　　DSP2812功能比單片機(jī)強(qiáng)大的多，TMS320F2812 是美國TI 公司推出的C2000 平臺上的定點(diǎn)32 位DSP 芯片，適合用于工業(yè)控制，電機(jī)控制等，用途廣泛，應(yīng)該相當(dāng)于單片的升級版。運(yùn)行時(shí)鐘也快可達(dá)150MHz,處理性能可達(dá)150MIPS,每條指令周期6.67ns.IO口豐富，對用戶一般的應(yīng)用來說足夠了。兩個(gè)串口。具有12位的0~3.3v的AD轉(zhuǎn)換等。具有片內(nèi)128k×16位的片內(nèi)FLASH,18K ×16 位的SRAM,一般的應(yīng)用系統(tǒng)可以不要外擴(kuò)存儲(chǔ)器。具體的指標(biāo)你可以查閱相關(guān)的數(shù)據(jù)文檔。單片機(jī)電源是5v.dsp2812的內(nèi)核1.8v供電，IO是3.3v供電。單片機(jī)有貼片或DIP,2812的引腳根據(jù)封裝的不同有176腳的LQFP, 179腳的MicroStar BGA.

　　2.2 HS-3282簡介

　　HS-3282是美國Harris公司生產(chǎn)的專門面對ARINC429總線的一種高性能CMOS總線接口芯片，能滿足ARINCA29協(xié)議的譯碼、時(shí)分復(fù)用、串行數(shù)據(jù)協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)的要求。當(dāng)它與驅(qū)動(dòng)芯片HS-3182配合使用時(shí)，能正確收發(fā)ARINCA29規(guī)范數(shù)據(jù)，且抗干擾性能好。因而采用其來設(shè)計(jì)ARIN-C429總線接口電路既簡單、有效，又能保證可靠性。

　　HS-3282包含兩路接收器和一路發(fā)送器，接收器和發(fā)送器分別獨(dú)立工作。兩個(gè)分別獨(dú)立的接收器直接與ARINC429總線相連，并以十倍于接收數(shù)據(jù)速率的頻率工作，發(fā)送器的數(shù)據(jù)速率可以與接收器速率相同或不同。盡管兩個(gè)接收器工作在同一個(gè)頻率下，但是它們獨(dú)立工作并異步接收串行數(shù)據(jù)。ARINC總線接口芯片發(fā)送器主要包括FIFO存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電路。FIFO存儲(chǔ)器能夠?yàn)榘l(fā)送器連續(xù)保存8個(gè)ARlNC數(shù)據(jù)。時(shí)鐘電路用來正確分隔每個(gè)ARINC數(shù)據(jù)字以滿足ARINC429規(guī)范。盡管ARINC429規(guī)范指定為包含校驗(yàn)位的32位字，通過編程，HS-3282的數(shù)據(jù)字長度也可以為25位。HS-3282接收器是將串行429數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2個(gè)并行的16位數(shù)據(jù)，而發(fā)送器則是將2個(gè)并行的16位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行429數(shù)據(jù)。

　　2.3 ARINC數(shù)據(jù)收發(fā)模塊

　　ARINC（美國愛瑞克）公司，全名為航空無線電通信公司Aeronautical Radio Inc.,成立于1929年12月2日，由當(dāng)時(shí)的四家航空公司共同投資組建，被當(dāng)時(shí)的聯(lián)邦無線電管理委員會(huì)FRC（后更名為聯(lián)邦通信管理委員會(huì)）授權(quán)負(fù)責(zé)"獨(dú)立于政府之外協(xié)調(diào)管理和航空公司的無線電通信工作".公司初期的主要工作是按照FRC的規(guī)定建設(shè)和運(yùn)行地基的航空話音通信設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)（高頻HF工作方式），并為民航和軍航提供HF話音通信服務(wù)。公司總部位于美國馬里蘭州安納波利斯市，員工3100人，143辦公室，分布102個(gè)國家。歐洲區(qū)總部位于倫敦，建立于1999年；亞太區(qū)總部設(shè)于新加坡，成立于2003年；中國總部設(shè)于北京。

　　該模塊主要完成ARINC429數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和速率轉(zhuǎn)換等功能，利用1片高性能的ARINC429數(shù)據(jù)收發(fā)芯片HS-3282和1片ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送驅(qū)動(dòng)芯片HS-3182完成一路接收和一路發(fā)送通道，由它們完成數(shù)據(jù)緩存，串/并、并/串轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)內(nèi)部邏輯信號與ARINC429差分信號的轉(zhuǎn)換。

　　HS-3182為正式差分輸出，用來把要發(fā)送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榉螦RINC429傳輸規(guī)范的電平，與驅(qū)動(dòng)芯片HS-3182相連的電容用來改善輸出數(shù)據(jù)的上升沿和下降沿，這里對于不同的數(shù)據(jù)傳輸速率選擇不同的電容，75 pF電容對應(yīng)ARINC429總線高速工作狀態(tài)，300 pF電容對應(yīng)低速作狀態(tài)，這兩個(gè)電容極其重要，為了提高穩(wěn)定性、降低干擾，采用軍品電容。

　　數(shù)據(jù)發(fā)送單元主要完成把并行的信息轉(zhuǎn)化為串行信息，再把串行信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡p極性歸零碼，發(fā)送至ARINC429總線。數(shù)據(jù)接收單元主要把ARINC429總線上來的雙極性歸零串行信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐话愕拇行畔ⅲ俳?jīng)過移位寄存器轉(zhuǎn)換為并行信息。ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送/接收單元的原理圖如圖2所示。

　　HS-3282中D/R1接F2812的外部中斷，使429數(shù)據(jù)接收為中斷接收；CWSTR、ENTX、TX/R、MR等經(jīng)電平轉(zhuǎn)換連接到F2812的I/O口；429DI（A）和429DI（B）直接連接429總線，接收來自429總線的數(shù)據(jù)；429D0及/429D0和HS-3182的DATA（A）、DATA（B）連接，將HS-3282發(fā)送器的數(shù)據(jù)經(jīng)HS-3182驅(qū)動(dòng)后發(fā)送至429總線。

　　2.4 CPLD邏輯控制

　　CPLD（Complex Programmable Logic Device）復(fù)雜可編程邏輯器件，是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件，相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。它具有編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進(jìn)、設(shè)計(jì)制造成本低、對設(shè)計(jì)者的硬件經(jīng)驗(yàn)要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、保密性強(qiáng)、價(jià)格大眾化等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)。

　　對于F2812,每個(gè)區(qū)域的讀、寫操作時(shí)序都可以單獨(dú)配置，且每個(gè)區(qū)域都有片選信號，當(dāng)片選信號被置低（置0），那么當(dāng)前用戶將訪問相應(yīng)的存儲(chǔ)空間（讀、寫操作）。在本系統(tǒng)中，選用Zone0空間，Zone0占用的外部總線地址為0x2000~0x3FFF,當(dāng)XA[13]為高電平，XA[14]為低電平時(shí)選擇ZoneO空間，Zone0片選使能邏輯如圖3所示。

　　CPLD集成了系統(tǒng)地址選擇模塊，實(shí)現(xiàn)對外部器件的訪問。CPLD的邏輯功能決定了HS-3282的功能地址，通過地址譯碼產(chǎn)生HS-3282所需要的控制信號PL1、PL2、EN1和CWSTR所需要的控制信號。系統(tǒng)中譯碼模塊的邏輯如圖4所示。由片選使能和CPLD譯碼邏輯可得PL1、PL2、EN1和CWSTR的選通地址。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　此系統(tǒng)的軟件部分主要包括初始化模塊、數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收子程序模塊。

　　1）初始化模塊系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化，初始化模塊包括上電芯片復(fù)位和寫控制字到HS-3282控制字寄存器。該控制字主要有字長、接收速率、發(fā)送速率、源目的解碼和自測試設(shè)置。初始化流程圖如圖5（a）所示。

　　2）ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送模塊數(shù)據(jù)發(fā)送是首先向FIFO寫入數(shù)據(jù)，然后經(jīng)HS-3182驅(qū)動(dòng)發(fā)送到總線。在向FIFO寫操作過程中，PL1先于PL2有效，多次的寫PL1將會(huì)使先前的數(shù)據(jù)被覆蓋，PL1有效時(shí)，低16位數(shù)據(jù)被發(fā)送到FIFO中。當(dāng)PL2有效時(shí)，高16位數(shù)據(jù)被傳送到FIFO中。第1個(gè)數(shù)據(jù)字寫入后TX/R由高變低，然后通過置發(fā)送使能信號ENTX,HS-3282將數(shù)據(jù)字串行發(fā)送出去，并自動(dòng)在相鄰兩個(gè)字之間插入4bit間隔。當(dāng)FIFO為空時(shí)，TX/R由低變高，此時(shí)應(yīng)當(dāng)禁止發(fā)送使能信號ENTX,以便向FIFO重新寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)HS-3282處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，不能向FIFO寫入數(shù)據(jù)。發(fā)送模塊流程圖如圖5（b）所示。

　　3）ARINC429數(shù)據(jù)接收模塊 數(shù)據(jù)接收模塊被設(shè)計(jì)為中斷接收，由HS-3282的D/R1提供中斷信號。當(dāng)D/R1為0時(shí)，進(jìn)入中斷，并表明ARIN-C429總線上有數(shù)據(jù)到來，此時(shí)選通EN1地址，再置SEL為0,接收低16位數(shù)據(jù)；接著置SEL為1,再選通EN1地址，接收高16位數(shù)據(jù)。接收模塊流程圖如圖5（c）所示。

　　4 結(jié)束語

　　針對ARINC429總線的應(yīng)用，提出了TMS320F2812與ARINC429總線通信的軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。該設(shè)計(jì)硬件電路簡單，數(shù)據(jù)通信程序可讀性好，編寫容易，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠。在設(shè)計(jì)TMS320F2812數(shù)據(jù)總線讀寫的邏輯控制時(shí)，XRD和XWE信號必須參與邏輯控制，保證順利讀寫總線數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)證該系統(tǒng)能夠有效地完成2個(gè)16位并行數(shù)據(jù)到32位串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了TMS320F2812 DSP與ARINC429總線之間的數(shù)據(jù)通信，且傳輸速率為100 kb,達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)可廣泛借鑒并應(yīng)用于ARINC429總線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及ARINC429接口卡設(shè)計(jì)中。