基于J750的ARINC429總線協議芯片測試技術研究

宋尚升，龍永佳

（中國空空導彈研究院，河南洛陽，471000）

0 引言

ARINC 429總線是一種航空總線，廣泛應用于航空領域，它將飛機的各系統或系統與設備通過雙絞線互連起來，是各系統間或系統與設備間數字傳輸的主要途徑。在這些應用中，ARINC 429總線接口電路起了重要作用。本文關注的就是該類電路的測試，并具體以DEI1016A芯片為例，基于美國Teradyne公司的J750平臺，詳細介紹了一種測試解決方案。

1 ARINC429 數據總線

ARINC429 總線是通過一對單向、差分耦合、雙絞屏蔽線進行數據傳輸，本質屬于串行通訊范疇，支持最高100 kbps的傳輸速率，具有接口方便, 數據傳輸可靠等特點。

■1.1 數據字格式

數據總線以串行的方式傳輸數字數據信息，總線傳輸速率為12.5~100kbps，一個數據字就是一個基本信息單元，由32位構成，分別為數據位（21位）、標志位（8位）、狀態位（2位）、奇偶校驗位（1位）。表1為數據字32位格式功能定義[1]。

表1 ARINC 429 數據字格式

■1.2 ARINC 429總線信號電平特點

ARINC429 的數據傳輸采用雙極性歸零碼，在每一個信號周期，前半周期包含數據，后半周期電位回到0V，以維持自身同步。當前半周期為高電平10V時，表示邏輯“1”，為低電平-10V時，表示邏輯“0”，為0電平時，表示空數據“Null”。圖1為ARINC 429雙極歸零信號和對應邏輯電平定義[2]。

圖1 ARINC 429雙極歸零信號和電平

每一個32位數據字傳輸完畢后，都需要有4-bit的間隔，作為本數據字的結束標志。間隔后接收到第一個有效數據，表示新數據的開始。

2 DEI1016A芯片介紹

DEI1016A是一款ARINC 429通訊協議芯片，它為標準航空串行數據總線與16-bit位的數字數據總線之間的通訊提供了一個便利接口。它內部包含了一個的單通道發送器，兩個接收器和一個通過編程可實現不同操作控制寄存器。兩個接收器相互獨立，均可直接與ARINC429數據總線通訊。

發送器電路具有一個8×32bit緩沖存儲區，通過控制邏輯，可以寫入數據到發送器。當發送器使能時，這些寫入的數據可以自動發送，使得主控計算機在寫入數據后不必進一步關注。數據經發送器輸出，變成與TTL電平匹配的信號，利用ARINC 429線驅動器，可以方便地與ARINC 429數據總線連接。DEI1016A功能框圖如圖2所示[3]。

圖2 DEI1016A功能框圖

■2.1 控制字格式

DEI1016A支持多種操作，這些都是通過向寄存器寫入不同數據實現的。在/LDCW信號為“0”邏輯電平時，通過16-bit 數據總線，就可以向寄存器寫入數據。

DEI1016A的控制字格式如表2所示，通過這12 bit 的控制字可控制以下功能[4]：

表2 DEI1016A控制字格式與功能

(1)數據字字長(32 或 25 bits)；

(2)傳輸數據第32位（奇偶校驗或數據）；

(3)環繞自測試；

(4)接收數據的源/目的檢測；

(5)發送器奇偶性；

(6)數據發送/接收速率。

■2.2 DEI1016A芯片復位及初始化

電路上電后，給/MR一個至少200ns的低電平脈沖下，使芯片復位。然后將控制字寫入16 位數據總線上，在/LDCW 引腳低電平時，可將控制字寫入控制寄存器，然后進行數據的接收和發送，如圖3所示。

圖3 DEI1016A復位與初始化時序

■2.3 數據發送

發送數據時，首先應查詢TXR 引腳狀態，若是高電平，表明發送存儲器已空，可重新裝在數據。此時置ENTX引腳為低，置LD1 為低，LD2 為高，則裝載數據1，若置LD1為高，LD2 為低，則裝載數據2，如此最多可裝載8個32 位字長的數據，此時再查詢TXR引腳狀態，若為低電平，表明發送數據已準備好，置ENTX引腳為高電平即可發送數據。DEI1016A采用的是先進先出的發送順序[5]。具體發送時序如圖4所示。

圖4 DEI1016A發送數據時序

■2.4 數據接收

接收數據時，接收器經過串并轉換后，將接收的數據放到寄存器中，每收到一個數據字，發出一個“收到”信號，等待外部命令對此數據的讀取。當接收器接收到數據后，系統會置DR為低電平。欲使接收器1將接收數據的字1送至16位數據總線上，應先置SEL為低電平，再置OE1為低電平且置OE2為高。而后再置SEL為高電平，便可將字2送至16位數據總線。具體接收時序如圖5所示。

圖5 DEI1016A接收數據時序

接收器2操作類似。

3 測試方案

■3.1 測試原理圖設計

DEI1016A在泰瑞達J750設備上的測試原理圖見圖6。

圖6 DEI1016A在泰瑞達J750設備上的測試原理圖

考慮到J750設備上數字通道支持的電平范圍與ARINC 429電平的不匹配情況，我們選擇了驅動器BD429，作為連接J750數字通道與DEI1016A的ARINC 429 信號端的橋梁。

■3.2 ARINC 429 信號電平的產生

利用BD429驅動電路來產生DEI1016A所需要的ARINC 429 差分輸入信號。如圖5所示， BD429輸入端DATA(A)、DATA(B)是TTL電平，即邏輯“1”為5V，邏輯“0”為0V的正邏輯，可以和J750數字通道直接相連，經過驅動后，AOUT、BOUT輸出端輸出的是ARINC 429差分電平，其值和參考電壓VREF有關，如圖7所示[6]。

圖7 BD429的輸入與輸出

為了能順利獲得上圖中的輸出信號，輸入端DATA(A)、DATA(B)需有相同周期的脈沖信號，不過DATA(B)的信號相比DATA(A)要延遲半個周期。

■3.3 時鐘設置

DEI1016A的發送器和接收器的數據的高傳輸速率為100 kbps，低傳輸速率為12.5 kbps。數據的發送與接收，共用一個時鐘，這個時鐘信號通過1MCK引腳從外部輸入，工作頻率為1MHz。由此可以看出，1MCK主時鐘頻率與數據端口時鐘頻率并不相同。對高數據傳輸速率（100 kbps）而言，1MHz速率是一個×10倍的時鐘，對低傳輸速率（12.5kbps）而言，是一個×80倍的時鐘。

一般來說，可以利用外部晶振來解決，但需要考慮晶振與測試設備時鐘的同步問題。測試設備J750提供了MCG mode，即Multi-ClockGeneration ，這種模式允許一行向量可以有多個時鐘周期，對于解決時鐘頻率比其它信號頻率快的器件非常有用。正常情況下，對同一行向量，對應一個時鐘周期，如數字信號DATA。而在MCG mode 下，1MCK時鐘有多個周期。如圖8所示。

圖8 MCG mode 時鐘信號

MCG mode的設置，是在Time Sets Sheet中，在Cycle選項中設置CPP的值，同時在Pin/Group選項中，設置Setup為MCG。CPP的值，取決于時鐘頻率與其它信號頻率的關系，對DEI1016A來說，當數據傳輸速率為100 kbps時，設置CPP值為10，即可實現主時鐘頻率為1MHz。

■3.4 字間隔

在數據發送時，DEI1016A芯片內部有Word Gap Timer邏輯電路，用來產生字與字之間的4 bit 間隔。在傳輸完一個字后，4-bit間隔在裝載新數據字時自動產生，這樣對傳輸一個32位的數據字來說，至少需要36-bit的時間。

■3.5 向量實現

根據上述功能描述，我們按照相應時序，便可實現發送和接收功能向量。需要注意的是，字與字之間的4-bit間隔，奇偶性設置等。以接收器功能為例，向量如下所示。

■3.6 軟件編程

按照J750的標準編程方法，完成對器件的Pin腳定義，通道定義，Pin Levels、 Time Sets、Test Instance、Test Flow等的設置，裝載測試向量，即可調試驗證程序，實現具體參數和功能測試，具體流程這里不再贅述。

4 結論

本文以DEI1016A為例，基于Teradyne公司的J750測試系統，提出了一種測試解決方案，實現了32位數據發送和接收功能，在對芯片性能評價的應用中取得了較好效果，也為后續解決其它ARINC 429接口電路的測試問題提供了途徑。