一種智能ARI NC429總線接口板的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著航空電子系統(tǒng)綜合性的增強(qiáng)，各個(gè)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(jī)、歐洲空中客車等機(jī)種，成為機(jī)載設(shè)備之間通訊的主要接口。我國(guó)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(yùn)輸工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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

同上述兩種單片機(jī)相比，TMS320F206采用了先進(jìn)的改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)及流水線技術(shù)，指令執(zhí)行速度快。1個(gè)機(jī)器周期僅為50鵬。同時(shí)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(chǔ)器和544個(gè)字的RAM。構(gòu)成最小系統(tǒng)時(shí)非常簡(jiǎn)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(shí)的指令同80C2196類似，但由于每條指令的執(zhí)行時(shí)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?，而且能夠減化板卡設(shè)計(jì)，提高板卡的性能。

1 HS3282芯片簡(jiǎn)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(dú)立，同時(shí)工作。雙通道接收器之間也是獨(dú)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(zhǎng)25位或者32位，接收數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，而發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生校驗(yàn)，內(nèi)部定時(shí)器可自動(dòng)調(diào)整字間隙。其發(fā)送緩沖是一個(gè)8 X 32 Bit的FIFO。

2 總體設(shè)計(jì)

429總線接121板的主要功能，是在429總線和PC機(jī)之間起到橋粱作用，實(shí)現(xiàn)429總線數(shù)據(jù)信息的接收和發(fā)送。當(dāng)有數(shù)據(jù)從429總線上傳輸時(shí)，429接口電路能夠準(zhǔn)確地將其接收，并把它送到DSP，經(jīng)DSP處理后，繼續(xù)向Pc機(jī)發(fā)送；當(dāng)Pc機(jī)的信號(hào)傳輸?shù)絹?lái)時(shí)，由DSP進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jì)模塊有以下部分：

(1)板卡CPU。選用TI公司的TMS320F206。是設(shè)計(jì)成本最低、結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜度也較低的定點(diǎn)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?chǔ)器，簡(jiǎn)化接口電路設(shè)計(jì)。但TMS320F206的I/O引腳數(shù)只有4個(gè)，遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)需要，因此還需要選用CPLD作為接口的擴(kuò)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(shí)，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(jī)從雙口存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，DSP再次對(duì)該數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)镃PLD具有編程方便、集成度高、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)，而且CPLD軟件包中有各種輸入工具、仿真工具、版圖設(shè)計(jì)工具和編程器等全線產(chǎn)品，使設(shè)計(jì)人員在很短時(shí)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(jì)

3.1中斷邏輯模塊

429接口從外部接收到數(shù)據(jù)時(shí)，采用中斷方式向F206發(fā)出請(qǐng)求，F(xiàn)206接到中斷請(qǐng)求后，進(jìn)人中斷服務(wù)子程序。F206在處理完接收數(shù)據(jù)及對(duì)相應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置后。向Pc機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。PC機(jī)接收到中斷請(qǐng)求信號(hào)后，通過(guò)查詢各個(gè)狀態(tài)字來(lái)獲得接收口的通道號(hào)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(guò)查詢緩沖狀態(tài)位來(lái)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(jī)每隔一段時(shí)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(qǐng)求后，將中斷請(qǐng)求清除，再將數(shù)據(jù)取走并通知接口板進(jìn)行發(fā)送。

(1)F206向Pc機(jī)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(gè)引腳分別與ISA總線的3，4，5，7，10，11，12，15這8個(gè)中斷引腳相連，通過(guò)撥碼，可以選擇這8個(gè)中的—個(gè)。當(dāng)F206要向PC機(jī)發(fā)送中斷時(shí)，通過(guò)A1一A5將中斷入口地址寫到中斷寄存器中，并通過(guò)CPLD的譯碼邏輯模塊產(chǎn)生一個(gè)向Pc機(jī)的中斷請(qǐng)求INTPC，INTPC經(jīng)過(guò)中斷寄存器產(chǎn)生INTRPC信號(hào)并通過(guò)撥碼器SW產(chǎn)生—個(gè)中斷信號(hào)XMQX(3,4，5,7,10,11,12,15中的—個(gè))，發(fā)往PC機(jī)。PC機(jī)接到F206發(fā)來(lái)的中斷后，產(chǎn)生一個(gè)中斷應(yīng)答信號(hào)CLRINTPC。這個(gè)信號(hào)使中斷寄存器復(fù)位，其作用相當(dāng)于清中斷，以便繼續(xù)接收心06發(fā)來(lái)的中斷。

(2)PC機(jī)向F206發(fā)送中斷的邏輯模塊。同樣，當(dāng)PC機(jī)要向F206發(fā)送中斷時(shí)，它也要通過(guò)地址信號(hào)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(qǐng)求信號(hào)INTDP。F206接到此中斷請(qǐng)求信號(hào)后，產(chǎn)生中斷應(yīng)答信號(hào)CLRINTDP，使中斷寄存器復(fù)位，清中斷信號(hào)(如圖3所示)。