一種智能ARI NC429總線接口板的硬件設(shè)計與實現(xiàn)

隨著航空電子系統(tǒng)綜合性的增強，各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，變得尤為重要。ARINCA29作為最常用的通訊總線，廣泛使用在波音系列飛機、歐洲空中客車等機種，成為機載設(shè)備之間通訊的主要接口。我國的慣導(dǎo)系統(tǒng)，也以ARINc429為主要通訊總線。ANINC 429數(shù)字信息傳輸規(guī)范(D玎s)33為在航空電子設(shè)備之間傳輸數(shù)字信息，制定了航空運輸工業(yè)標準。

ANINC 429的發(fā)送速度有高速(100 kbps)和低速(12.5 kbps)兩種。對于低速發(fā)送，一般的嵌入式處理器(如8051系列單片機)即可滿足；而對于高速發(fā)送，雖然采用性能更好的80C196單片機可以滿足，但其外圍電路繁冗，會影響板卡的性能。

同上述兩種單片機相比，TMS320F206采用了先進的改進型哈佛結(jié)構(gòu)及流水線技術(shù)，指令執(zhí)行速度快。1個機器周期僅為50鵬。同時TMS320F206的數(shù)據(jù)、地址總線(均為16位)分開，片內(nèi)帶有32k字的閃速存儲器和544個字的RAM。構(gòu)成最小系統(tǒng)時非常簡單，不需EPROM、RAM、地址數(shù)據(jù)鎖存器。雖然用其構(gòu)成ANINC 429數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時的指令同80C2196類似，但由于每條指令的執(zhí)行時間很短，至少為80C196的1/20。故可使速度提高20多倍。從而不但可以滿足高速ANINC 429數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅夷軌驕p化板卡設(shè)計，提高板卡的性能。

1 HS3282芯片簡介

HS3282是HARRIS公司推出的一款高性能的COMS型429總線接口電路，其工作頻率為100 k bit或者12．5 k bit，單電源+5V供電，低功耗，直接與ARINC總線連接，一路發(fā)送，兩路接收。接收器和發(fā)送器相互獨立，同時工作。雙通道接收器之間也是獨立的并行接收，可以直接連接到APdNCA29總線。而不需電平轉(zhuǎn)換。字長25位或者32位，接收數(shù)據(jù)時進行校驗，而發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生校驗，內(nèi)部定時器可自動調(diào)整字間隙。其發(fā)送緩沖是一個8 X 32 Bit的FIFO。

2 總體設(shè)計

429總線接121板的主要功能，是在429總線和PC機之間起到橋粱作用，實現(xiàn)429總線數(shù)據(jù)信息的接收和發(fā)送。當有數(shù)據(jù)從429總線上傳輸時，429接口電路能夠準確地將其接收，并把它送到DSP，經(jīng)DSP處理后，繼續(xù)向Pc機發(fā)送；當Pc機的信號傳輸?shù)絹頃r，由DSP進行實時處理后，控制429收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)傳送到429總線上。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

圖中，主要設(shè)計模塊有以下部分：

(1)板卡CPU。選用TI公司的TMS320F206。是設(shè)計成本最低、結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜度也較低的定點DSP。其片內(nèi)32kFlash、4.5kRAM可以滿足處理規(guī)模適中的應(yīng)用?？墒∪テ夤袒鎯ζ?，簡化接口電路設(shè)計。但TMS320F206的I/O引腳數(shù)只有4個，遠不能滿足設(shè)計需要，因此還需要選用CPLD作為接口的擴展，并完成譯碼和部分控制工作。

(2)429總線接口電路。HS3282是ARINC429的協(xié)議芯片，發(fā)送時，常配合HS3182共同作為一組ARINC 429總線的接口電路。本板卡具有4發(fā)8收的功能，根據(jù)上述介紹，這里須要選用4組這樣的總線接口電路。

(3)數(shù)據(jù)緩沖器。為避免PC機從雙口存儲器中讀取數(shù)據(jù)時，DSP再次對該數(shù)據(jù)區(qū)進行寫操作而產(chǎn)生沖突，選用雙端口RAM連接ISA總線和DSP處理器。

(4)譯碼、控制和中斷邏輯。這里采用CPLD來實現(xiàn)。因為CPLD具有編程方便、集成度高、速度快、價格低等特點，而且CPLD軟件包中有各種輸入工具、仿真工具、版圖設(shè)計工具和編程器等全線產(chǎn)品，使設(shè)計人員在很短時間內(nèi)，就可以完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至芯片的制作。

3 CPLD模塊的設(shè)計

3.1中斷邏輯模塊

429接口從外部接收到數(shù)據(jù)時，采用中斷方式向F206發(fā)出請求，F(xiàn)206接到中斷請求后，進人中斷服務(wù)子程序。F206在處理完接收數(shù)據(jù)及對相應(yīng)的狀態(tài)進行設(shè)置后。向Pc機發(fā)出中斷請求信號。PC機接收到中斷請求信號后，通過查詢各個狀態(tài)字來獲得接收口的通道號和數(shù)據(jù)量等信息，區(qū)分不同的中斷源，若為接收中斷，則首先通過查詢緩沖狀態(tài)位來判斷接收通道，在將數(shù)據(jù)取走后，將此緩沖區(qū)的狀態(tài)位清零。PC機每隔一段時間，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)(若有數(shù)據(jù))送到相應(yīng)得緩沖區(qū)中，并以中斷的方式通知429板，F(xiàn)206接收到中斷請求后，將中斷請求清除，再將數(shù)據(jù)取走并通知接口板進行發(fā)送。

(1)F206向Pc機發(fā)送中斷的邏輯模塊。圖2中，中斷撥碼器的輸出XIRQ的8個引腳分別與ISA總線的3，4，5，7，10，11，12，15這8個中斷引腳相連，通過撥碼，可以選擇這8個中的—個。當F206要向PC機發(fā)送中斷時，通過A1一A5將中斷入口地址寫到中斷寄存器中，并通過CPLD的譯碼邏輯模塊產(chǎn)生一個向Pc機的中斷請求INTPC，INTPC經(jīng)過中斷寄存器產(chǎn)生INTRPC信號并通過撥碼器SW產(chǎn)生—個中斷信號XMQX(3,4，5,7,10,11,12,15中的—個)，發(fā)往PC機。PC機接到F206發(fā)來的中斷后，產(chǎn)生一個中斷應(yīng)答信號CLRINTPC。這個信號使中斷寄存器復(fù)位，其作用相當于清中斷，以便繼續(xù)接收心06發(fā)來的中斷。

(2)PC機向F206發(fā)送中斷的邏輯模塊。同樣，當PC機要向F206發(fā)送中斷時，它也要通過地址信號線XAl，XA9一XAl3將中斷地址寫到中斷寄存器中，并產(chǎn)生中斷請求信號INTDP。F206接到此中斷請求信號后，產(chǎn)生中斷應(yīng)答信號CLRINTDP，使中斷寄存器復(fù)位，清中斷信號(如圖3所示)。