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基于DSP的ARINC429通信板的研制

2008-12-12
作者:王六顺 刘文波 党万胜 卞巨伟

  摘 要: 数字信号处理器(DSP)在很多领域都已获得广泛的应用,ARINC 429数字信息传输规范是航空电子设备" title="航空电子设备">航空电子设备通信标准。介绍了用DSP芯片TMS320F206和高性能的数据通信芯片HS-3282开发ARINC 429通信板的一种方法。
  关键词: 数字信号处理器(DSP) ARINC429数字传输规范


  在现代民用飞机上,系统与系统之间,系统与部件之间需要传输大量信息,随着数字技术的发展和微型电子计算机的出现,越来越多的航空电子设备已采用数字化技术。ARINC规范是为了在航空电子设备之间传输数字数据信息" title="数据信息">数据信息而制定的一个航空运输的工业标准。早期用单片机开发的ARINC 429通讯板,不仅不能保证相邻8个字之间的4位间隔,而且硬件电路比较复杂。现在虽有集成ARINC 429通信板商品化产品,但价格高达近5万元。利用价格较低的DSP芯片TMS320CF206和HS-3282制成的ARINC 429通讯板很好地解决了这个问题。
1 ARINC 429 数字数据信息传输规范
  数据信息传输规范阐述了通过一对双绞屏蔽线(数字数据总线)从一个端口向系统和设备以串行方式传输数字数据信息的方法。ARINC 429系统规定,一个数据字有32位,它们被分为5段,即:
  ①标志码(label),第1~8位,用于标识传输的参数;
  ②源/目的识别码(SDI),第9~10位。当需要将一些专用字传输到一个多系统" title="多系统">多系统的特定系统时,就可以用SDI来识别字的目的地。SDI也可以根据字内容来判明一个多系统的源系统;
  ③数据区(data),第11~29位。将数据进行编码,以便于传输;
  ④符号状态位(SSM),第29~31位,用于标识数据字的特性,如方向、符号等。SSM也可表明数据发生器硬件的状态,是无效数据还是试验数据;
  ⑤奇偶校验位(parity),第32位。ARINC 429数字信息系统奇偶校验位逻辑提供的是奇校验。
  32位的数据字以脉冲形式发送,采用了双极回零调制,发送出去的脉冲有三个电平,即高电平(+10V)、中电平(0V)、低电平(-10V)。高电平为逻辑1,低电平为逻辑0,中电平为发送自身时钟脉冲,如图1所示。字与字之间以一定间隔(4位)分开,此间隔作为字同步。


2 HS-3282介绍
  HS-3282是美国HARRIS公司推出的高性能数据通信芯片,它支持ARINC 429通讯规范和其他串行数据传输协议,外接驱动芯片HS-3182便可以产生ARINC 429电平,其引脚排列如图2所示,主要引脚功能如表1所示。

        


  该芯片具有以下特点:①数据字的长度为25位或32位,其中32位字符合ARINC 429规范,数据传输速率为0~100kbps;②具有2个独立的接收部件和1个发送部件,可同时进行接收和发送,且接收部件和发送部件相互独立;③两个接收部件相互独立,它们的工作速度10倍于接收数据的速率,可直接同ARINC总线相连;④能自动实现发送数据的并/串转换和产生奇偶校验位;⑤能自动实现接收的数据串/并转换和奇偶校验;⑥能自动产生字与字之间的4位间隔;⑦具有和外部CPU联系的接口,可通过命令字设置芯片的各种工作方式;⑧单电源+5V,DC供电,采用CMOS工艺,功耗低,工作温度范围符合军用标准,采用40脚DIP封装。
3 ARINC 429通信板的系统设计
3.1 硬件设计

  由于TMS320F206具有以下特点:数据总线和地址总线" title="地址总线">地址总线是分开且都是16位的;片内有32K的闪速存储器(电可擦除)、544个字的双访问RAM(DARAM)。所以可把32K的闪速存储器配置成程序存储器" title="程序存储器">程序存储器,把544个字的DARAM配置成数据存储器,这样就不需外接程序存储器和数据存储器,使硬件电路简单。下面给出设计的电路原理框图,如图3所示。


  为了将数据可靠地写入HS-3282,采用了如下方法:先将数据锁存,而后再产生控制信号。这些控制信号由F206的低8位数据总线D0~D7经74LS373提供,用F206的地址总线中A13、A14和A15作为3-8译码器的输入,把它的输出作为74LS373和74LS244的片选信号,映射到各自地址空间。该电路中利用PC机的串口和F206的异步串行口进行通信。当要求改变发送数据时,由PC机通过串行口提供给F206。HS-3282 具有一发两收的功能,本电路所实现的是其一发一收的功能。
3.2 软件设计
  由于HS-3282的数据线为16位,因此一个数据字(32位)要分两个字(16位)才能写入,它们同ARINC 429数据字之间的对应关系如表2。


  在对HS-3282进行操作时,有严格的时序要求,当为低电平时,HS-3282片内的FIFO存储器、位计数器、间隔定时器以及其它标志位均被复位,但控制字不变。当由低变高时,向HS-3282写入控制字。由于HS-3282的数据线为16位,因此一个数据字(32位)要分两个字(16位)才能写入。在向FIFO写操作过程中,当由低电平跳变到高电平时,低16位数据写入FIFO的输入寄存器的低16位;当由低电平跳变到高电平时,高16位数据写入FIFO的输入寄存器的高16位。同时将输入寄存器的内容写入FIFO单元,且必需先于,按此方式进行8次操作便可以将FIFO写满。若再写第9个数据,则第一个数据字将会丢失。当第一个数据字写入后,TX/R由高变低。FIFO写满后,通过启动发送使能信号ENTX,HS-3282便可以将8个数据字串行发送,并自动在相邻两个字之间插入4位间隔。当FIFO为空时,TX/R将由低变高,此时应当禁止发送使能信号,以便向FIFO重新写入数据。需要注意的是当HS-3282处于发送状态时,不能向FIFO写入数据。当为低时,执行读取HS-3282接收到的数据操作,首先把SEL置0,然后把置0,接收第一个字。在此之后,把SEL和置1,再把置0时,读取第二个字。程序流程图如图4所示。


  ARINC 429通信板是现代航空电子设备用于通信的一个重要组成部分,用TMS320F206开发的ARINC 429通信板不仅价格便宜,而且完全能满足要求。用本文介绍的方法研制的ARINC 429通信板现已成功地应用于我国某型飞机的光电雷达测试系统中。
参考文献
1 TMS320C2XX C Source Debugger User's Guide.America.TEXAS INSTRUMENTS
2 TMS320C2XX User's Guide. America. TEXAS INST-RUMENTS
3 TMS320C1X/C2X/C2XX/C5X Assembly Language Tools. America. TEXAS INSTRUMENTS
4 彭启琮、李玉柏. DSP技术.成都: 电子科技大学出版社
5 卞巨伟.DSP技术应用研究.南京:硕士论文

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