《電子技術應用》
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基于DSP的ARINC429通信板的研制

2008-12-12
作者:王六順 劉文波 黨萬勝 卞巨偉

  摘 要: 數字信號處理器(DSP)在很多領域都已獲得廣泛的應用,ARINC 429數字信息傳輸規范是航空電子設備" title="航空電子設備">航空電子設備通信標準。介紹了用DSP芯片TMS320F206和高性能的數據通信芯片HS-3282開發ARINC 429通信板的一種方法。
  關鍵詞: 數字信號處理器(DSP) ARINC429數字傳輸規范


  在現代民用飛機上,系統與系統之間,系統與部件之間需要傳輸大量信息,隨著數字技術的發展和微型電子計算機的出現,越來越多的航空電子設備已采用數字化技術。ARINC規范是為了在航空電子設備之間傳輸數字數據信息" title="數據信息">數據信息而制定的一個航空運輸的工業標準。早期用單片機開發的ARINC 429通訊板,不僅不能保證相鄰8個字之間的4位間隔,而且硬件電路比較復雜。現在雖有集成ARINC 429通信板商品化產品,但價格高達近5萬元。利用價格較低的DSP芯片TMS320CF206和HS-3282制成的ARINC 429通訊板很好地解決了這個問題。
1 ARINC 429 數字數據信息傳輸規范
  數據信息傳輸規范闡述了通過一對雙絞屏蔽線(數字數據總線)從一個端口向系統和設備以串行方式傳輸數字數據信息的方法。ARINC 429系統規定,一個數據字有32位,它們被分為5段,即:
  ①標志碼(label),第1~8位,用于標識傳輸的參數;
  ②源/目的識別碼(SDI),第9~10位。當需要將一些專用字傳輸到一個多系統" title="多系統">多系統的特定系統時,就可以用SDI來識別字的目的地。SDI也可以根據字內容來判明一個多系統的源系統;
  ③數據區(data),第11~29位。將數據進行編碼,以便于傳輸;
  ④符號狀態位(SSM),第29~31位,用于標識數據字的特性,如方向、符號等。SSM也可表明數據發生器硬件的狀態,是無效數據還是試驗數據;
  ⑤奇偶校驗位(parity),第32位。ARINC 429數字信息系統奇偶校驗位邏輯提供的是奇校驗。
  32位的數據字以脈沖形式發送,采用了雙極回零調制,發送出去的脈沖有三個電平,即高電平(+10V)、中電平(0V)、低電平(-10V)。高電平為邏輯1,低電平為邏輯0,中電平為發送自身時鐘脈沖,如圖1所示。字與字之間以一定間隔(4位)分開,此間隔作為字同步。


2 HS-3282介紹
  HS-3282是美國HARRIS公司推出的高性能數據通信芯片,它支持ARINC 429通訊規范和其他串行數據傳輸協議,外接驅動芯片HS-3182便可以產生ARINC 429電平,其引腳排列如圖2所示,主要引腳功能如表1所示。

        


  該芯片具有以下特點:①數據字的長度為25位或32位,其中32位字符合ARINC 429規范,數據傳輸速率為0~100kbps;②具有2個獨立的接收部件和1個發送部件,可同時進行接收和發送,且接收部件和發送部件相互獨立;③兩個接收部件相互獨立,它們的工作速度10倍于接收數據的速率,可直接同ARINC總線相連;④能自動實現發送數據的并/串轉換和產生奇偶校驗位;⑤能自動實現接收的數據串/并轉換和奇偶校驗;⑥能自動產生字與字之間的4位間隔;⑦具有和外部CPU聯系的接口,可通過命令字設置芯片的各種工作方式;⑧單電源+5V,DC供電,采用CMOS工藝,功耗低,工作溫度范圍符合軍用標準,采用40腳DIP封裝。
3 ARINC 429通信板的系統設計
3.1 硬件設計

  由于TMS320F206具有以下特點:數據總線和地址總線" title="地址總線">地址總線是分開且都是16位的;片內有32K的閃速存儲器(電可擦除)、544個字的雙訪問RAM(DARAM)。所以可把32K的閃速存儲器配置成程序存儲器" title="程序存儲器">程序存儲器,把544個字的DARAM配置成數據存儲器,這樣就不需外接程序存儲器和數據存儲器,使硬件電路簡單。下面給出設計的電路原理框圖,如圖3所示。


  為了將數據可靠地寫入HS-3282,采用了如下方法:先將數據鎖存,而后再產生控制信號。這些控制信號由F206的低8位數據總線D0~D7經74LS373提供,用F206的地址總線中A13、A14和A15作為3-8譯碼器的輸入,把它的輸出作為74LS373和74LS244的片選信號,映射到各自地址空間。該電路中利用PC機的串口和F206的異步串行口進行通信。當要求改變發送數據時,由PC機通過串行口提供給F206。HS-3282 具有一發兩收的功能,本電路所實現的是其一發一收的功能。
3.2 軟件設計
  由于HS-3282的數據線為16位,因此一個數據字(32位)要分兩個字(16位)才能寫入,它們同ARINC 429數據字之間的對應關系如表2。


  在對HS-3282進行操作時,有嚴格的時序要求,當為低電平時,HS-3282片內的FIFO存儲器、位計數器、間隔定時器以及其它標志位均被復位,但控制字不變。當由低變高時,向HS-3282寫入控制字。由于HS-3282的數據線為16位,因此一個數據字(32位)要分兩個字(16位)才能寫入。在向FIFO寫操作過程中,當由低電平跳變到高電平時,低16位數據寫入FIFO的輸入寄存器的低16位;當由低電平跳變到高電平時,高16位數據寫入FIFO的輸入寄存器的高16位。同時將輸入寄存器的內容寫入FIFO單元,且必需先于,按此方式進行8次操作便可以將FIFO寫滿。若再寫第9個數據,則第一個數據字將會丟失。當第一個數據字寫入后,TX/R由高變低。FIFO寫滿后,通過啟動發送使能信號ENTX,HS-3282便可以將8個數據字串行發送,并自動在相鄰兩個字之間插入4位間隔。當FIFO為空時,TX/R將由低變高,此時應當禁止發送使能信號,以便向FIFO重新寫入數據。需要注意的是當HS-3282處于發送狀態時,不能向FIFO寫入數據。當為低時,執行讀取HS-3282接收到的數據操作,首先把SEL置0,然后把置0,接收第一個字。在此之后,把SEL和置1,再把置0時,讀取第二個字。程序流程圖如圖4所示。


  ARINC 429通信板是現代航空電子設備用于通信的一個重要組成部分,用TMS320F206開發的ARINC 429通信板不僅價格便宜,而且完全能滿足要求。用本文介紹的方法研制的ARINC 429通信板現已成功地應用于我國某型飛機的光電雷達測試系統中。
參考文獻
1 TMS320C2XX C Source Debugger User's Guide.America.TEXAS INSTRUMENTS
2 TMS320C2XX User's Guide. America. TEXAS INST-RUMENTS
3 TMS320C1X/C2X/C2XX/C5X Assembly Language Tools. America. TEXAS INSTRUMENTS
4 彭啟琮、李玉柏. DSP技術.成都: 電子科技大學出版社
5 卞巨偉.DSP技術應用研究.南京:碩士論文

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