??? 摘 要： 介紹了民用飛機機載數(shù)據(jù)總線ARINC429的硬件接口板" title="接口板">接口板,，該接口板采用DSP和FPGA實現(xiàn)四路ARINC429信號收發(fā)通道,，使整個系統(tǒng)的處理速度大大提高。
??? 關鍵詞： ARINC429總線? DSP? FPGA
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??? 機載數(shù)據(jù)總線 ARINC429在當代的運輸機和相當數(shù)量的民航客機 (如A310,、A300,、A600、B757,、B767)中有著廣泛的應用,。目前國內(nèi)對ARINC429總線接口板的設計一般都是基于HARRIS公司的HS3282芯片完成的，它的缺點是路數(shù)有限,、非常不靈活,。因此對ARINC429總線接口板的研制，實現(xiàn)多通道ARINC429總線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,，成為目前對飛機機載總線接口研究的重點,具有非常重要的現(xiàn)實意義和應用前景,。
1 ARINC429總線簡介
??? 在現(xiàn)代民用飛機上，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間,、系統(tǒng)與部件之間需要傳輸大量信息,。ARINC規(guī)范就是為了在航空電子設備之間傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信息而制定的一個航空運輸?shù)墓I(yè)標準。
??? ARINC429（以下簡稱429）總線采用雙絞屏蔽線傳輸信息,，通過一對雙絞線反相傳輸,，具有很強的抗干擾能力。而調(diào)制方式則采用雙極歸零制的三態(tài)碼方式,，即信息由“高”,、“零”和“低”狀態(tài)組成的三電平狀態(tài)調(diào)制。429電纜上的信號及經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后的信號如圖1所示,。429總線每一個字為32位,，它的字同步是以傳輸周期至少4位的時間間隔也就是4位碼字為基準的。
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2 系統(tǒng)總體方案
??? 429總線接口板的主要功能是在429信號及相關外設" title="外設">外設之間起到橋梁作用,，它既能接收雙極歸零制的429信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號" title="數(shù)字信號">數(shù)字信號送入計算機或其它設備,，又可將計算機或其它設備發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為429信號輸出。本文介紹的總線接口板采用FPGA和DSP實現(xiàn)四路429信號接收通道和四路429信號發(fā)送通道,，且每路通道之間相互獨立,。在這個接口板中，每兩個數(shù)據(jù)字之間的時間間隔可調(diào),，每一個收發(fā)通道能單獨定義字間隔長度,，每個通道校驗方式可單獨定義為奇校驗或偶校驗，數(shù)據(jù)發(fā)送可以選擇單幀發(fā)送或自動重復發(fā)送(重復發(fā)送某一幀)。
??? 整個接口板由調(diào)制電路,、解調(diào)電路,、FPGA、DSP和雙口" title="雙口">雙口RAM組成,，如圖2所示,。
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3 硬件電路設計
3.1 調(diào)制解調(diào)電路設計
??? 429信號進入接口板后，首先要把429信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電路可以識別的TTL電平,。這里采用HOLT公司的HI-8482實現(xiàn)信號的解調(diào),，將標準的429總線信號轉(zhuǎn)換成5V TTL數(shù)字信號。為了降低干擾,，在429總線信號的四個輸入管腳分別接入39pF的高精度軍品電容,；采用HOLT公司的HI-8585芯片實現(xiàn)信號的調(diào)制，將TTL數(shù)字電平轉(zhuǎn)換為標準的429信號,。
3.2 FPGA內(nèi)部邏輯設計
??? 按照429信號的編碼格式,、特點、傳輸規(guī)則以及協(xié)議要求,，選用一片ALTERA公司的ACEX1K型的FPGA發(fā)送和接收四路數(shù)據(jù),。每一路分為接收部分和發(fā)送部分。
??? 接收部分的主要作用是通過串/并轉(zhuǎn)換將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為32位并行數(shù)據(jù),，并對收到的數(shù)據(jù)自動實行差錯控制,。對于字間隔、位間隔出錯等錯誤能進行自動檢測,，若無錯誤,，則將數(shù)據(jù)分兩次送至DSP的16位數(shù)據(jù)總線上，以供讀取,。接收模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示,。
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??? 發(fā)送部分的主要功能是將DSP送入的數(shù)據(jù)暫存在FPGA內(nèi)部的FIFO中，等待發(fā)送命令,。一旦接到發(fā)送控制指令,，F(xiàn)IFO輸出數(shù)據(jù)并通過并/串轉(zhuǎn)換將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，同時加入預先設定的間隔,。用戶可通過寫控制寄存器選擇發(fā)送模式（即單幀發(fā)送或自動重復發(fā)送）,、發(fā)送通道延遲設定,、發(fā)送通道字間隔設定,，還可通過讀取狀態(tài)位檢查它的工作狀態(tài)（發(fā)送緩沖器空、發(fā)送緩沖器滿和是否正在發(fā)送）,。發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示,。
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??? 以上介紹的只是一路發(fā)送通道和接收通道,由于本系統(tǒng)共有四路獨立的發(fā)送通道和四路獨立的接收通道,故在FPGA中需設置四個接收模塊和四個發(fā)送模塊,通過DSP的地址線來選取其中的一路發(fā)送通道或接收通道。
??? FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基于SRAM的，因此需要一片配置芯片固化內(nèi)部邏輯,。為了便于調(diào)試,，采用JTAG模式和被動串行模式(PS)兩種配置模式，調(diào)試時使用JTAG模式直接將邏輯寫入FPGA內(nèi)部,，調(diào)試好后再用PS模式將程序?qū)懭肱渲眯酒?。通過對FPGA和配置芯片上的引腳進行跳線，可選擇不同的配置方式,。跳線電路如圖5所示,。
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??? FPGA作為DSP的一個I/O" title="I/O">I/O外設，必然要對它的寄存器地址統(tǒng)一編址,。在此將FPGA編址在DSP的I/O空間,。由于FPGA的接收通道和發(fā)送通道是共用DSP的16位數(shù)據(jù)線的，故接收通道和發(fā)送通道的數(shù)據(jù)寄存器可以占用一個地址,。表1是FPGA各通道寄存器分配的地址,。
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3.3? DSP與FPGA及外部設備的通信
??? 在整個系統(tǒng)的設計中，DSP主要用于控制FPGA工作,、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn),、與外設主機通信。DSP是整個系統(tǒng)的中樞,控制各個部分協(xié)調(diào)工作,。利用DSP向FPGA寫控制字,其中包含幀間隔長度大小等信息,，可對FPGA進行控制；另外,，根據(jù)FPGA的反饋狀態(tài),，可做出相應的控制調(diào)整?？紤]到用于控制FPGA的I/O口比較多,，選用的DSP是TI公司的TMSLF2407A。TMSLF2407A的復用外圍I/O口多達39個[2],，圖6是DSP與FPGA之間的具體連接,。
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??? DSP提供I/O操作信號/IS、讀寫選定信號R/W,、讀使能信號/RD,、寫使能信號/WE以及地址線低四位A0、A1,、A2,、A3。通過這些控制邏輯信號可區(qū)分四路通道及每路通道的高低字,。
??? DSP和FPGA提供的其它輔助的控制和狀態(tài)信號還包括:四路發(fā)送使能信號/ENTX[0..3],，低電平有效,；四路發(fā)送停止信號/TXT[0..3]，低電平有效,；四路接收通道清零信號/CHACLRN[0..3],，低電平有效；接收數(shù)據(jù)到達信號/RER[0..3],用于告知DSP準備接收某一路通道已經(jīng)到達的數(shù)據(jù),；發(fā)送數(shù)據(jù)準備好信號/TXR[0..3]信號,，用于告知各個發(fā)送通道中是否還有未發(fā)出的數(shù)據(jù)暫存在FIFO里，低電平表示沒有數(shù)據(jù),；發(fā)送通道FIFO滿信號FUL[0..3],，高電平有效；GLOBCLRN信號,，用于FPGA初始化時對其內(nèi)部進行全局清零,；TESTREQ信號，用于對整個系統(tǒng)的自檢,。
??? 整個電路板是通過雙口RAM與外設主機進行通信的,，雙口RAM負責暫存外設要發(fā)送的數(shù)據(jù)和暫存FPGA處理過的數(shù)據(jù)?？砂阉笾路譃?個區(qū),，每一個區(qū)負責存放四路接收通道和四路發(fā)送通道中的一路數(shù)據(jù)及控制字。利用雙口RAM左右兩中斷的信箱可指揮接口板進行相應的操作,。
4 軟件設計
??? 軟件的設計主要是DSP編程,，DSP程序的主要任務就是初始化、管理DSP外圍電路,、控制FPGA的收發(fā)數(shù)據(jù)以及與外設交互,。DSP的主程序流程圖如圖7所示。
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???? 整個接口電路板調(diào)試通過后,，經(jīng)過測試可以同時接收和發(fā)送四路ARINC429信號,。這就解決了以往接口電路板通道數(shù)太少的瓶頸。利用FPGA密度高,、結(jié)構(gòu)靈活,、設計時間短和可編程的優(yōu)點，實現(xiàn)了對某路ARINC429信號的獨立處理,，再加上TI公司2000系列DSP豐富的I/O接口和較普通單片機更快的速度,，實現(xiàn)了對FPGA的控制管理及與外設的通信。因此本系統(tǒng)對當今民用飛機機載數(shù)據(jù)通信總線互聯(lián)提供了一種新型,、先進的方法,，具有相當普遍的實用意義。
參考文獻
1 褚振勇,，翁木云. FPGA設計與應用.西安:西安電子科技大學出版社,，2000
2 TMSLF2407A Fix-Point Digital Signal Processor(SPRS1451).Texas Instrument, 2000
3 劉和平.TMSLF240x DSP c語言開發(fā)應用.北京:北京航空航天大學出版社，2002