基于USB的ARINC429總線接口模塊設(shè)計

　　當(dāng)USB接口芯片響應(yīng)中斷信號后，先判斷是哪一路ARINC429總線數(shù)據(jù)，并將此路總線的通道號寫入芯片的Buffer中。USB接口芯片再發(fā)送讀信號讀取FPGA中寄存器的429數(shù)據(jù)字，共4個字節(jié)。本設(shè)計采用雙緩沖Buffer方式來存儲接收到的429數(shù)據(jù)字。這種設(shè)計方式能有效提高接口模塊傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

　　接收解調(diào)電路主要負(fù)責(zé)將ARINC429總線輸入的電平解調(diào)為FPGA可接收的LVTTL電平。

　　接口模塊軟件設(shè)計

　　接口模塊軟件由USB-ARINC429儀器驅(qū)動程序、USB驅(qū)動程序和USB固件程序等三部分組成。USB-ARINC429儀器驅(qū)動程序主要將應(yīng)用程序與驅(qū)動程序之間的通訊協(xié)議以及應(yīng)用程序與硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸命令進(jìn)行封裝。儀器驅(qū)動程序在Visual C++6.0下開發(fā)，可以提供給應(yīng)用程序顯式或隱式調(diào)用。在本文中不詳細(xì)介紹儀器驅(qū)動程序的開發(fā)過程。下面將介紹USB固件程序及驅(qū)動程序的設(shè)計。

　　USB固件程序設(shè)計

　　USB接口芯片是底層硬件的基礎(chǔ)，是接口模塊與PC機通信的硬件橋梁，良好的USB固件程序設(shè)計是接口模塊能夠穩(wěn)定可靠工作的保證。USB固件程序設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　USB固件程序設(shè)計由主程序(Main.c)，寫數(shù)據(jù)程序(Function.c)，讀數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序(Isq)以及控制傳輸(Vendor)等四部分組成。

　　主程序Main.c主要負(fù)責(zé)USB接口芯片的初始化工作。主要有端口的初始化、中斷的初始化、USB設(shè)備的列舉和重列舉等工作。Main.c的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖6所示。

　　寫數(shù)據(jù)程序Function.c采用了USB接口芯片CY68013數(shù)據(jù)總線操作方式，將圖3 Buffer中的ARINC429數(shù)據(jù)字寫到FPGA的RAM中。

　　讀數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序(Isq)主要負(fù)責(zé)接口模塊讀取ARINC429總線數(shù)據(jù)，并根據(jù)USB接口芯片的中斷引腳來標(biāo)記429數(shù)據(jù)字的通道號。

　　控制傳輸(Vendor)主要是靈活地控制接口模塊的發(fā)送模式。接口模塊共有單次發(fā)送、多次發(fā)送以及循環(huán)發(fā)送等三種發(fā)送模式。三種發(fā)送模式可以滿足多種ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送需要。其中，多次發(fā)送模式和循環(huán)發(fā)送模式可以設(shè)定ARINC429數(shù)據(jù)字與數(shù)據(jù)字之間的字間隔，并可以設(shè)定一組ARINC429數(shù)據(jù)字的循環(huán)周期。這種設(shè)計方式體現(xiàn)了接口模塊的靈活方便特性。

　　USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計

　　USB設(shè)備驅(qū)動程序是利用Compuware公司的DriverStudio 3.2開發(fā)的。DriverStudio 3.2主要用來開發(fā)Windows 2000和Windows XP的驅(qū)動程序。利用這個工具的開發(fā)向?qū)?，可以生成一個USB驅(qū)動程序框架。USB驅(qū)動程序設(shè)計簡化結(jié)構(gòu)如圖7所示。

　　USB設(shè)備驅(qū)動程序基本由五部分組成，圖4中顯示了四部分。入口例程(DriverEntry Routine)、即插即用例程(PnP Routine)和卸載例程(Unload Routine)主要負(fù)責(zé)接口模塊的內(nèi)存資源分配和釋放等工作。下面將詳細(xì)介紹與接口模塊數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系緊密的分發(fā)例程(Distribute Routine)。

　　分發(fā)例程主要由Create，Read，Write，IOCTL以及Close等五部分函數(shù)組成。Close函數(shù)主要負(fù)責(zé)關(guān)閉設(shè)備句柄，調(diào)用卸載例程，并釋放設(shè)備內(nèi)存資源(這個函數(shù)在圖中并未列出)。其它四部分與上層應(yīng)用程序的接口函數(shù)分別為CreateFile，ReadFile，WriteFile和DeviceIoControl。

　　Create函數(shù)主要負(fù)責(zé)獲取對接口模塊進(jìn)行操作的程序句柄，該句柄在即插即用例程中指定。

　　Read函數(shù)負(fù)責(zé)讀ARINC429數(shù)據(jù)。當(dāng)應(yīng)用程序通過調(diào)用ReadFile發(fā)一個IRP到驅(qū)動程序時，驅(qū)動程序先檢測讀取數(shù)據(jù)長度是否大于已設(shè)定的端點傳輸最大字節(jié)。如大于，則僅分配長度為最大字節(jié)的內(nèi)存空間；如小于或等于，則按該數(shù)據(jù)長度分配內(nèi)存區(qū)。然后USB設(shè)備驅(qū)動程序再將此IRP向下傳遞給下層驅(qū)動程序，最后由底層驅(qū)動程序?qū)RINC429數(shù)據(jù)寫到已分配的內(nèi)存空間供應(yīng)用程序讀取，并返回一個函數(shù)值和已讀取多少字節(jié)的變量給應(yīng)用程序判斷。Write函數(shù)操作與Read函數(shù)類似，只是傳輸方向相反。

　　IOCTL函數(shù)負(fù)責(zé)接口模塊的控制命令傳輸。當(dāng)需要指定接口模塊發(fā)送模式或循環(huán)發(fā)送時的字間隔和幀周期時，應(yīng)用程序通過調(diào)用DeviceIoControl發(fā)一個IRP給驅(qū)動程序。驅(qū)動程序收到此IRP時，將通過USB控制管道把接口模塊控制命令傳輸給USB接口芯片。

　　結(jié)論

　　經(jīng)測試表明，接口模塊與現(xiàn)在市場上出售的多種429總線接口設(shè)備進(jìn)行了多路429總線數(shù)據(jù)傳輸。本設(shè)計利用USB即插即用、FPGA可配置性等特點，方便了ARINC429總線與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，并提高了接口模塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性，這在對ARINC429電子設(shè)備的測試中有較高的實用價值。