基于DSP的ARINC429通信板的研制

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(guī)范是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(fā)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(guī)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(fā)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(guī)范是為了在航空電子設備之間傳輸數字數據信息而制定的一個航空運輸的工業(yè)標準。早期用單片機開發(fā)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(guī)范

數據信息傳輸規(guī)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(guī)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(qū)(ｄａｔａ，第１１～２９位。將數據進行編碼，以便于傳輸；

④符號狀態(tài)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(fā)生器硬件的狀態(tài)，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(fā)送，采用了雙極回零調制，發(fā)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(fā)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(guī)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。

表1 HS-3282 引腳功能

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(guī)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(fā)送部件，可同時進行接收和發(fā)送，且接收部件和發(fā)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(fā)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，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(fā)送數據時，由ＰＣ機通過串行口提供給Ｆ２０６。ＨＳ－３２８２ 具有一發(fā)兩收的功能，本電路所實現的是其一發(fā)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。

表2 WORD 1格式

WORO 2 格式

在對ＨＳ－３２８２進行操作時，有嚴格的時序要求，當為ＭＲ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ＣＷＳＴＲ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ＰＬ１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ＰＬ２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ＰＬ１必需先于ＰＬ２，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(fā)送使能信號ＥＮＴＸ，ＨＳ－３２８２便可以將８個數據字串行發(fā)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(fā)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(fā)送狀態(tài)時，不能向ＦＩＦＯ寫入數據。當ＤＲ１為低時，執(zhí)行讀?。龋樱常玻福步邮盏降臄祿僮?，首先把ＳＥＬ置０，然后把ＥＮ置０，接收第一個字。在此之后，把ＳＥＬ和ＥＮ置１，再把ＥＮ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(fā)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。