基于DSP的ARINC429通信板的研制

摘要：數(shù)字信號(hào)處理器(ＤＳＰ在很多領(lǐng)域都已獲得廣泛的應(yīng)用，ＡＲＩＮＣ ４２９數(shù)字信息傳輸規(guī)范是航空電子設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)。介紹了用ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６和高性能的數(shù)據(jù)通信芯片ＨＳ－３２８２開(kāi)發(fā)ＡＲＩＮＣ ４２９通信板的一種方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器（ＤＳＰ） ＡＲＩＮＣ４２９數(shù)字傳輸規(guī)范

在現(xiàn)代民用飛機(jī)上，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，系統(tǒng)與部件之間需要傳輸大量信息，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和微型電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，越來(lái)越多的航空電子設(shè)備已采用數(shù)字化技術(shù)。ＡＲＩＮＣ規(guī)范是為了在航空電子設(shè)備之間傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息而制定的一個(gè)航空運(yùn)輸?shù)墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)。早期用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的ＡＲＩＮＣ ４２９通訊板，不僅不能保證相鄰８?jìng)€(gè)字之間的４位間隔，而且硬件電路比較復(fù)雜?，F(xiàn)在雖有集成ＡＲＩＮＣ ４２９通信板商品化產(chǎn)品，但價(jià)格高達(dá)近５萬(wàn)元。利用價(jià)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(gè)問(wèn)題。

１ ＡＲＩＮＣ ４２９ 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息傳輸規(guī)范

數(shù)據(jù)信息傳輸規(guī)范闡述了通過(guò)一對(duì)雙絞屏蔽線（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線）從一個(gè)端口向系統(tǒng)和設(shè)備以串行方式傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息的方法。ＡＲＩＮＣ ４２９系統(tǒng)規(guī)定，一個(gè)數(shù)據(jù)字有３２位，它們被分為５段，即：

①標(biāo)志碼（ｌａｂｅｌ），第１～８位，用于標(biāo)識(shí)傳輸?shù)膮?shù)；

②源／目的識(shí)別碼（ＳＤＩ），第９～１０位。當(dāng)需要將一些專用字傳輸?shù)揭粋€(gè)多系統(tǒng)的特定系統(tǒng)時(shí)，就可以用ＳＤＩ來(lái)識(shí)別字的目的地。ＳＤＩ也可以根據(jù)字內(nèi)容來(lái)判明一個(gè)多系統(tǒng)的源系統(tǒng)；

③數(shù)據(jù)區(qū)(ｄａｔａ，第１１～２９位。將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以便于傳輸；

④符號(hào)狀態(tài)位（ＳＳＭ），第２９～３１位，用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)字的特性，如方向、符號(hào)等。ＳＳＭ也可表明數(shù)據(jù)發(fā)生器硬件的狀態(tài)，是無(wú)效數(shù)據(jù)還是試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

⑤奇偶校驗(yàn)位（ｐａｒｉｔｙ），第３２位。ＡＲＩＮＣ ４２９數(shù)字信息系統(tǒng)奇偶校驗(yàn)位邏輯提供的是奇校驗(yàn)。

３２位的數(shù)據(jù)字以脈沖形式發(fā)送，采用了雙極回零調(diào)制，發(fā)送出去的脈沖有三個(gè)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(shí)鐘脈沖，如圖１所示。字與字之間以一定間隔（４位）分開(kāi)，此間隔作為字同步。

２ ＨＳ－３２８２介紹

ＨＳ－３２８２是美國(guó)ＨＡＲＲＩＳ公司推出的高性能數(shù)據(jù)通信芯片，它支持ＡＲＩＮＣ ４２９通訊規(guī)范和其他串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，外接驅(qū)動(dòng)芯片ＨＳ－３１８２便可以產(chǎn)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(diǎn)：①數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)度為２５位或３２位，其中３２位字符合ＡＲＩＮＣ ４２９規(guī)范，數(shù)據(jù)傳輸速率為０～１００ｋｂｐｓ；②具有２個(gè)獨(dú)立的接收部件和１個(gè)發(fā)送部件，可同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送，且接收部件和發(fā)送部件相互獨(dú)立；③兩個(gè)接收部件相互獨(dú)立，它們的工作速度１０倍于接收數(shù)據(jù)的速率，可直接同ＡＲＩＮＣ總線相連；④能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的并／串轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生奇偶校驗(yàn)位；⑤能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)接收的數(shù)據(jù)串／并轉(zhuǎn)換和奇偶校驗(yàn)；⑥能自動(dòng)產(chǎn)生字與字之間的４位間隔；⑦具有和外部ＣＰＵ聯(lián)系的接口，可通過(guò)命令字設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，采用４０腳ＤＩＰ封裝。

３ ＡＲＩＮＣ ４２９通信板的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

３.１ 硬件設(shè)計(jì)

由于ＴＭＳ３２０Ｆ２０６具有以下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)總線和地址總線是分開(kāi)且都是１６位的；片內(nèi)有３２Ｋ的閃速存儲(chǔ)器（電可擦除）、５４４個(gè)字的雙訪問(wèn)ＲＡＭ（ＤＡＲＡＭ）。所以可把３２Ｋ的閃速存儲(chǔ)器配置成程序存儲(chǔ)器，把５４４個(gè)字的ＤＡＲＡＭ配置成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這樣就不需外接程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，使硬件電路簡(jiǎn)單。下面給出設(shè)計(jì)的電路原理框圖，如圖３所示。

為了將數(shù)據(jù)可靠地寫(xiě)入ＨＳ－３２８２，采用了如下方法：先將數(shù)據(jù)鎖存，而后再產(chǎn)生控制信號(hào)。這些控制信號(hào)由Ｆ２０６的低８位數(shù)據(jù)總線Ｄ０～Ｄ７經(jīng)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(hào)，映射到各自地址空間。該電路中利用ＰＣ機(jī)的串口和Ｆ２０６的異步串行口進(jìn)行通信。當(dāng)要求改變發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由ＰＣ機(jī)通過(guò)串行口提供給Ｆ２０６。ＨＳ－３２８２ 具有一發(fā)兩收的功能，本電路所實(shí)現(xiàn)的是其一發(fā)一收的功能。

３.２ 軟件設(shè)計(jì)

由于ＨＳ－３２８２的數(shù)據(jù)線為１６位，因此一個(gè)數(shù)據(jù)字(３２位要分兩個(gè)字（１６位）才能寫(xiě)入，它們同ＡＲＩＮＣ ４２９數(shù)據(jù)字之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表２。

表2 WORD 1格式

WORO 2 格式

在對(duì)ＨＳ－３２８２進(jìn)行操作時(shí)，有嚴(yán)格的時(shí)序要求，當(dāng)為ＭＲ低電平時(shí)，ＨＳ－３２８２片內(nèi)的ＦＩＦＯ存儲(chǔ)器、位計(jì)數(shù)器、間隔定時(shí)器以及其它標(biāo)志位均被復(fù)位，但控制字不變。當(dāng)ＣＷＳＴＲ由低變高時(shí)，向ＨＳ－３２８２寫(xiě)入控制字。由于ＨＳ－３２８２的數(shù)據(jù)線為１６位，因此一個(gè)數(shù)據(jù)字(３２位要分兩個(gè)字（１６位）才能寫(xiě)入。在向ＦＩＦＯ寫(xiě)操作過(guò)程中，當(dāng)ＰＬ１由低電平跳變到高電平時(shí)，低１６位數(shù)據(jù)寫(xiě)入ＦＩＦＯ的輸入寄存器的低１６位；當(dāng)ＰＬ２由低電平跳變到高電平時(shí)，高１６位數(shù)據(jù)寫(xiě)入ＦＩＦＯ的輸入寄存器的高１６位。同時(shí)將輸入寄存器的內(nèi)容寫(xiě)入ＦＩＦＯ單元，且ＰＬ１必需先于ＰＬ２，按此方式進(jìn)行８次操作便可以將ＦＩＦＯ寫(xiě)滿。若再寫(xiě)第９個(gè)數(shù)據(jù)，則第一個(gè)數(shù)據(jù)字將會(huì)丟失。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)據(jù)字寫(xiě)入后，ＴＸ／Ｒ由高變低。ＦＩＦＯ寫(xiě)滿后，通過(guò)啟動(dòng)發(fā)送使能信號(hào)ＥＮＴＸ，ＨＳ－３２８２便可以將８?jìng)€(gè)數(shù)據(jù)字串行發(fā)送，并自動(dòng)在相鄰兩個(gè)字之間插入４位間隔。當(dāng)ＦＩＦＯ為空時(shí)，ＴＸ／Ｒ將由低變高，此時(shí)應(yīng)當(dāng)禁止發(fā)送使能信號(hào)，以便向ＦＩＦＯ重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)。需要注意的是當(dāng)ＨＳ－３２８２處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，不能向ＦＩＦＯ寫(xiě)入數(shù)據(jù)。當(dāng)ＤＲ１為低時(shí)，執(zhí)行讀取ＨＳ－３２８２接收到的數(shù)據(jù)操作，首先把ＳＥＬ置０，然后把ＥＮ置０，接收第一個(gè)字。在此之后，把ＳＥＬ和ＥＮ置１，再把ＥＮ置０時(shí)，讀取第二個(gè)字。程序流程圖如圖４所示。

ＡＲＩＮＣ ４２９通信板是現(xiàn)代航空電子設(shè)備用于通信的一個(gè)重要組成部分，用ＴＭＳ３２０Ｆ２０６開(kāi)發(fā)的ＡＲＩＮＣ ４２９通信板不僅價(jià)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(xiàn)已成功地應(yīng)用于我國(guó)某型飛機(jī)的光電雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)中。