一種智能化ARINC429通訊卡設計與實現

陳 磊，苗克堅，王毅航

（西北工業大學 計算機學院，陜西 西安 710072）

一種智能化ARINC429通訊卡設計與實現

陳 磊，苗克堅，王毅航

（西北工業大學 計算機學院，陜西 西安 710072）

介紹了一種基于ARM微處理器的ARINC429航空總線通訊卡的設計方法，以實現兩發四收的信息控制。該設計以LPC3250作為嵌入式微處理器，采用DEI1016/BD429芯片組構建ARINC429總線通訊系統，為航空電子系統提供了高效可靠的通信平臺。

ARM; ARINC429; LPC3250; DEI1016/BD429

ARINC429總線廣泛用于航空電子系統內各設備間大量數據信息的傳輸[1]。傳統的ARINC429通訊卡依賴通信平臺處理機來完成控制與處理工作[2-3]，增加了平臺處理機的負擔，降低了數據傳輸速率，系統可靠性及效率不高。為了解決這一工程難題，本文做了深入研究，結合現有研究成果[4-5]，致力于設計一種新的通訊卡，提高通信板卡智能化水平，減輕系統通訊負擔，降低協議通信的控制難度，為航空電子系統構筑一個可靠高效的ARINC429總線通信平臺。

1 ARINC429通訊卡設計

通訊卡主要完成以下任務：完成兩路ARINC429接收數據的串并轉換；實現兩路ARINC429發送數據的并串轉換；支持中斷方式、查詢方式接收和發送數據。

目前常用的ARINC429收發器主要有DEI1016/BD429和HS3282/3182兩種芯片組，本次設計采用DEI1016/BD429構建ARINC429總線通訊系統。DEI1016是美國DDC公司生產的ARINC429總線接口芯片，提供有標準航空串行數據和16 bit寬數據總線接口。

DEI1016在發送時按協議完成發送數據的并－串轉換并發送；接收時完成電平轉換并按協議完成接收數據的串－并轉換；在初始化時進行數據格式、波特率、奇偶校驗等設置。一塊DEI1016芯片可實現一路ARINC429數據發送及兩路ARINC429數據接收功能。

圖1 通訊卡整體結構Fig. 1 Structure of the communication card

1.1 DEI1016的數據發送與接收

DEI1016的發送器電路包括一個發送緩存器和一個控制邏輯。發送緩存器是一個8*32 bit的FIFO，數據的載入由LD1和LD2 兩個信號控制。LD1有效時載入第一個16位，LD2有效時載入第二個16位，而且在每個數據字載入過程中LD1必須在LD2之前到來。另外，數據載入時發送器是處于禁止狀態的。而控制邏輯則允許ARM微處理器給發送器寫數據塊，并通過ARM微處理器使能發送器，即置ENTX信號有效來使該數據塊自動發送出去。數據在TTL電平格式下，經過BD429電平轉換然后發送出去。值得注意的是每8個數據字間的發送并不是連續的，而是具有由DEI1016自動產生的4個字時鐘間隔時間。

ARINC429信號的接收通過接收字間隔時序電路采樣產生一個數據字。接收采樣頻率是正常數據速率的10倍，以保證不會出現含混的數據字。采樣得到的數據被存進一個32位的移位寄存器中，并由控制寄存器內容決定是否接收該字。數據字長度由控制寄存器的“WLSEL”確定。保持寄存器中的數據以2個16位字的形式放在數據總線上。數據應及時讀出，以避免新的數據將原來的數據覆蓋。讀取數據時，先將接收選擇線SEL拉低，且使能OE讀出低字，再將SEL拉高并使能OE時讀取高字。

1.2 DEI1016/BD429外圍電路設計

BD429芯片為ARINC429的發送驅動器，與DEI1016配套使用。發送驅動器的作用是將ARINC429協議芯片送出的TTL邏輯電平轉換為符合ARINC429協議信號電平要求的信號進行發送。設計應用電路如圖2所示。

該應用電路中的兩個68 pF的電容很重要，會影響到ARINC429信號上升和下降的斜率，容值過大會使斜率變小，反之容值過小會使斜率變大。

圖2 DEI1016/BD429芯片組應用電路Fig. 2 Application circuit of DEI1016/BD429 chipset

在設計中采用DEI1016輸出的429信號作為其輸入信號,輸出數據速率通DEI1016確定,而不采用SYNC、CLOCK和DATA信號相與的方法調整,因此直接把SYNC和CLOCK信號拉高。1MCK由16M晶振經CPLD分頻給出，在CPLD邏輯中分頻系數可調,因而數據速率在12. 5～100k之間可調。SEL信號直接連至微處理器的最低地址位A0，由地址的變化控制數據讀取時的高低16位選擇。MR信號控制由阻容復位電路實現。其余發送與接收控制信號如OE、LD等均與CPLD相連，由CPLD譯碼控制。

2 DEI1016/BD429與CPLD的接口設計

2.1 DEI1016/BD429與CPLD的接口電路設計

為了靈活實現ARINC429數據的發送與接收，采用一片CPLD芯片進行控制。在CPLD邏輯中應實現地址譯碼和時鐘分頻功能，完成對某路發送或接收及ARINC429協議時鐘的設定；通過設置ARINC429協議控制字進行自檢；對中斷屏蔽或使能等。CPLD器件采用ALTERA公司的EPM3064A實現，該芯片具有3.3 V I/O特性，可容忍5 V，適合應用于5 V、3.3 V多電壓應用的場合。由于LPC3250為3.3 V I/O特性，而所選用的ARINC429接口芯片DEI1016為單一5 V供電，所以需要對微處理器與ARINC429數據和地址總線進行電壓轉換。這里選用四片SN74LVC4245DBL驅動器來實現16 bit數據總線和地址總線的電壓轉換。由于地址總線是單向的，即只能由處理器到ARINC429接口芯片，故負責地址總線電壓轉換的兩片SN74LVC4245-DBL芯片DIR引腳可以接死；而負責雙向數據總線電壓轉換的兩片SN74LVC4245-DBL芯片DIR腳則需要通過CPLD進行邏輯控制。

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2.2 DEI1016/BD429與CPLD的接口邏輯設計

ARINC429通訊卡片選由LPC3250的CS1和地址BA11～BA4共同控制，即當CS1有效且BA( 11 to 4 )=“00000000”時選通，全譯碼，地址空間為E100 0000-E100 000F

1）數據發送邏輯設計

DEI1016是16位數據線,所以32位數據字必須分成兩個16位寫入, 而控制字只需一次寫入即可。以下VHDL代碼實現了對429數據發送的控制：

LD_1(0) ＜= '0' WHEN WR ='0' AND A=X＂4＂ ELSE '1' ;--第1片429發送低字

LD_1(1) ＜= '0' WHEN WR ='0' AND A=X＂5＂ ELSE '1' ;--第1片429發送高字

LDCW_1 ＜='0' WHEN WR ='0' AND A=X＂6＂ ELSE '1' ; --裝載控制字

ENTX_1 ＜= '0' WHEN WR ='0' AND (A=X＂0＂ OR A=X＂1＂)ELSE '1';--置使能發送有效

2）數據接收邏輯設計

本通信系統實現兩發四收，4個接收通道接收到的數據放在各自獨立的FIFO中。數據接收采用中斷—查詢方式實現，即由接口芯片DEI1016的DR信號有效產生中斷，通知處理器有新的有效數據到達。由于四路接收通道共用一個中斷，所以必須在CPLD邏輯中實現中斷屏蔽，并在中斷有效時可查詢是哪一路接收通道引發的中斷，對于中斷的處理邏輯為

INT＜=RDY_429_1(0)AND RDY_429_1(1)AND RDY_429_2(0)AND RDY_429_2(1);--中斷信號處理

以上邏輯表明，4個接收通道中任一路有數據時都會引發中斷，此時查詢數據線，即可得出是哪一路接收引發的中斷。

3 ARM固件程序設計

固件程序擔任著通訊系統最基礎最底層的工作，是硬件設備的靈魂，且由于硬件設備除了固件以外沒有其它軟件組成，所以固件也就決定著硬件設備的功能及性能。本系統中ARM固件中斷源為一個六位的寄存器，高位到低位分別標志：第一路發送、第二路發送、第一片兩路接收、第二片兩路接收路接收。

在本系統中，ARM固件程序需循環裝載控制字，然后檢查中斷控制寄存器（PORT_CPLD_INT_SOURCE）的值，根據該值做具體的發送和接收操作。中斷控制寄存器的取值及其對應的操作在表1中給出。

表1 中斷控制寄存器值及其對應的操作Tab.1 Interrupt control register value and its corresponding action

根據以上的分析闡述，給出程序的偽代碼如圖3所示。

4 結束語

ARINC429是航空電子系統中應用廣泛的通信標準，而ARM微處理器在目前的測控領域也占有相當重要的位置，因此基于ARM微處理器的ARINC429通信系統無疑有著很好的適用范圍和實用意義。同時，上述設計的接口通信板在多個不同的航空電子系統中成功的應用，證明了其正確性和高效性。

圖3 ARM固件核心程序偽代碼Fig. 3 Pseudo code of the ARM firmware kernel

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Design and implementation of ARINC429 card based on LPC3250

CHEN Lei, MIAO Ke-jian, WANG Yi-hang
（College of Computer Science, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China）

A method of ARINC 429 aero bus communication card based on ARM is introduced, in order to meet the information control of 2-Transmitter and 4-Receiver.The LPC3250 is used as embedded microprocessor in this design,at the same time DEI1016 and BD429 are used to construct an ARINC429 communication system which provides a communication platform with high efficiency and reliable to the avionics system.

ARM; ARINC429; LPC3250; DEI1016/BD429

TN918

A

1674-6236(2014)03-0171-03

2013–06–13 稿件編號：201306082

陳 磊(1986—)，女，安徽淮北人，碩士研究生。研究方向：計算機測控與嵌入式計算。