王德周，李登科

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院 河南 洛陽 471009）

在現(xiàn)代軍、民用飛機(jī)和導(dǎo)彈上，系統(tǒng)間需要傳輸大量信息，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和微型電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，越來越多的航空電子設(shè)備已經(jīng)采用航空數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通訊。其中ARINC429作為一種數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)已成為航空電子系統(tǒng)通訊規(guī)定的航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，ARINC429總線廣泛應(yīng)用與軍事科技領(lǐng)域。從戰(zhàn)斗機(jī)到直升機(jī)甚至應(yīng)用于導(dǎo)彈系統(tǒng)中?，F(xiàn)有產(chǎn)品中，對(duì)ARINC429電路形式各具特點(diǎn)[1-3]，接口上有基于 PCI、ISA、PC/104和VXI， 板載處理器有的為MCS-51、Intel80196、Intel80386、FPGA 等，功能繁多，使用復(fù)雜，也勢(shì)必造成了數(shù)據(jù)通訊板卡價(jià)格昂貴。采用FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的設(shè)計(jì)雖然能夠簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，但開發(fā)難度大、周期長(zhǎng)。本文綜合各個(gè)方案特點(diǎn)提出了一種周期短、低成本、具有很高實(shí)用價(jià)值的基于PCI接口和DSP為主控CPU的ARINC429數(shù)據(jù)接口實(shí)施方案，并簡(jiǎn)要介紹了軟硬件實(shí)現(xiàn)。

1 ARINC429總線簡(jiǎn)介

ARINC429是一種單向式廣播式數(shù)字總線，傳輸?shù)慕橘|(zhì)由雙絞線組成，本質(zhì)屬于串行通訊范疇。系統(tǒng)規(guī)定，在一對(duì)傳輸線上，不允許雙向傳輸數(shù)據(jù)信息，調(diào)制方式采用雙極歸零制（BPRZ）三態(tài)碼方式，數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)經(jīng)過二級(jí)差分驅(qū)動(dòng)，如圖1所示，前級(jí)V+、V-是TTL電平，ARINC429正常傳輸電壓在10±1 V范圍內(nèi)，并有正負(fù)電壓之分，信號(hào)電平范圍可以表征3 個(gè)狀態(tài)，邏輯“1”電平電壓 7.25:11 V（A B 之間），邏輯“0”電平電壓-7.25:-11 V（AB之間），空狀態(tài)電平電壓-0.5:0.5 V（AB之間），在連續(xù)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，每32位字之間至少插入個(gè)空狀態(tài)進(jìn)行隔離， 總線數(shù)據(jù)傳輸順序?yàn)?1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13…32。

圖1 ARINC429電平定義Fig.1 ARINC429 level definition

2 總體方案設(shè)計(jì)

ARINC429總線接口卡主要功能是在ARINC429總線與PCI總線之間起到橋梁作用，實(shí)現(xiàn)429總線數(shù)據(jù)信息的接收和發(fā)送。本文總體設(shè)計(jì)思想是：選用TI公司的TMS320LF2407作為主控CPU；以ARINC429專用芯片DEI1016和BD429為核心設(shè)計(jì)了ARINC429總線通訊模塊來完成數(shù)據(jù)的收發(fā)任務(wù)；CPU與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換采用PCI總線，為了縮短開發(fā)時(shí)間與難度，選用PCI專用接口芯片PCI9052來實(shí)現(xiàn)。

2.1 CPU模塊的選擇

TMS320LF2407是TI公司推出的成本低，高性能的面向控制的 16位定點(diǎn) DSP，其片內(nèi)32K Flash，2k字SRAM，544字的DARAM可省去片外固化存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)化接口電路設(shè)計(jì)，TMS320L2407具有40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用通用IO口，可部分實(shí)現(xiàn)429收發(fā)芯片的控制工作[5]。

2.2 429總線接口電路

目前ARINC429收發(fā)器以Device Engineering公司的DEI1016和BD429以及HARRIS公司的HS3282和HS3281應(yīng)用最為廣泛，2種芯片邏輯上完全兼容，DEI1016是高性能COMS型429接口，能夠滿足類似的時(shí)分多路串行數(shù)據(jù)通訊，整個(gè)芯片只需單5 V工作電源，它具有2路接收一路發(fā)送，接收器和發(fā)送器相互獨(dú)立，同時(shí)工作，BD429是滿足ARINC429規(guī)范的，雙極數(shù)據(jù)輸入的線驅(qū)動(dòng)器。圖2為ARINC429總線收發(fā)的經(jīng)典電路，發(fā)送時(shí)DEI1016為前極輸出，BD429為正式差分輸出。

2.3 數(shù)據(jù)緩沖器

DSP與PCI橋接芯片實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，本設(shè)計(jì)選擇雙口RAM的通訊方式，雙口RAM具有2套完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)、地址和控制總線，內(nèi)部含有總線仲裁電路，可以實(shí)現(xiàn)PCI總線與DSP之間高速的數(shù)據(jù)緩沖和交換。

2.4 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

ARINC429接口卡硬件總體設(shè)計(jì)如圖3所示，由于PCI9052是PCI總線專用橋接芯片，所以在PCI側(cè)的硬件連接上只需要將PCI9052芯片上和PCI總線有關(guān)的地址、數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信號(hào)線直接掛接到計(jì)算機(jī)PCI總線上即可。對(duì)于DSP，雙口RAM作為L(zhǎng)F2407片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，需要將其映射到片外數(shù)據(jù)空間地址為8000h～FFFFh處，如圖4所示，只有當(dāng)DS有效和A15為高電平時(shí)選中雙端口RAM芯片，此時(shí)DSP占有的片外數(shù)據(jù)空間地址為8000h～FFFFh；在PCI9052一側(cè)，由于IDT7027數(shù)據(jù)總線為16位，所以在配置EEPROM時(shí)把PCI9052局部總線配置成16位寬的數(shù)據(jù)總線，PCI總線按字節(jié)（8bit）尋址，局部總線以字（16bit）尋址，所以雙口RAM地址線AL[14:1]由PCI9052局部端地址總線LA[15:2]提供，AL0由LBE1單獨(dú)提供。這樣完成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間與地址的一一對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)譯碼，電平轉(zhuǎn)換采用CPLD來實(shí)現(xiàn)。

圖2 ARINC429接口典型配置Fig.2 Typical interface configuration of ARINC429

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

本ARINC429接口卡為一個(gè)PCI設(shè)備，必須在Windows下自行開發(fā)該P(yáng)CI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序用WinDriver來編寫，它以通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Windrvr.vxd和Windrvr.sys為核心，包含一個(gè)WinDriver Wizard代碼生成器，一個(gè)WinDriver發(fā)行包，該軟件針對(duì)PLX和AMCC的專用接口芯片特別編寫了API函數(shù)包，這些函數(shù)可以方便的實(shí)現(xiàn)中斷處理，DMA傳輸，I/O操作、內(nèi)存映射以及即插即用等功能，為系統(tǒng)程序的開發(fā)提供了便利，降低了難度。

3.2 DSP控制程序

圖3 系統(tǒng)的總體原理框圖（省略部分電平轉(zhuǎn)換電路）Fig.3 Structure diagram of the whole system

圖4 LF2407外部數(shù)據(jù)邏輯譯碼Fig.4 External data address logic of LF2407

上位機(jī)程序通過PCI總線將待發(fā)送的數(shù)據(jù)塊寫入到雙口RAM中并通知DSP讀取信息，由于PCI側(cè)與DSP側(cè)的RAM地址一一對(duì)應(yīng)，這樣DSP只需在相應(yīng)的內(nèi)存地址讀取相應(yīng)的信息，完成對(duì)DSP的初始化，DEI1016的配置及其429數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。DEI1016初始化時(shí)可以配置字長(zhǎng)為32 Bit或25 Bit，發(fā)送和接收的速率可以設(shè)置為工作時(shí)鐘的十分之一或八十分之一，當(dāng)DEI1016接收到完整429數(shù)據(jù)后向DSP申請(qǐng)中斷，DSP響應(yīng)中斷讀取數(shù)據(jù)信息，寫入到響應(yīng)的雙口RAM中與PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。DSP通訊流程圖見圖5。

圖5 DSP通訊流程圖Fig.5 Dsp's communication flow chart

4 結(jié)束語

由整個(gè)設(shè)計(jì)方案看出，主要的功能芯片都是選用專用的芯片來完成，用DSP實(shí)現(xiàn)429總線和PCI總線之間的數(shù)據(jù)通訊，省去了EPROM、RAM，鎖存器等外圍電路，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、有效、又能保證可靠性，合理使用CPLD又增強(qiáng)了板卡的集成度。該接口卡通過與某型導(dǎo)彈產(chǎn)品試驗(yàn)室聯(lián)試證明其設(shè)計(jì)上能夠滿足ARINC429數(shù)據(jù)傳輸要求，通訊協(xié)議幀數(shù)、發(fā)送周期等通過DSP靈活定制，降低了應(yīng)用程序開發(fā)復(fù)雜度，數(shù)據(jù)傳輸快，可靠性高。

[1]陳玉楓，王新民，趙凱瑞.基于CPLD的ARINC429通訊板卡設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009，17（4）:738-740.

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[2]魏增輝，張?；?基于FPGA的ARINC429通訊協(xié)議設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（5）:63-65.

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[4]Condor Engineering Inc.ARINC429 Protocol Tutorial V1.0（1500-029） [EB/OL].（2004）.http://defense.ge-ip.com/library/detail/1956.pdf.

[5]Texas Instruments Inc.TMS320LF2407，TMS320LF2406，TMS320LF2402 DSP Controllers [EB/OL].（2003） .http://www.ti.com.cn/product/cn/tmslf2407.pdf.

[6]Device Engineering Inc.DEI1016/DEI1016A/DEI1016B/DEI1016C ARINC429 Transceiver Family[EB/OL].（2005）.http://deiaz.com/data-sheets/DS-MW-01016-01-E.pdf.

[7]PLX Technology Inc.PCI9052[EB/OL].（1997-08-16）.http://www.plxtech.com/products/io/pci9052.pdf.