引言

　　arinc429總線由美國(guó)航天無(wú)線電設(shè)備公司所資助，是廣泛應(yīng)用于當(dāng)前航空電子設(shè)備中的一種數(shù)據(jù)總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

　　與傳統(tǒng)的航空電子設(shè)備間的模擬傳輸相比，arinc429總線具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸精度高、傳輸線路少以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。arinc數(shù)據(jù)總線協(xié)議規(guī)定一個(gè)數(shù)據(jù)由32位組成，采用雙極性歸零碼，以12.5kb/s或100kb/s碼速率傳輸。本設(shè)計(jì)利用usb即插即用、fpga可靈活配置等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于usb總線的arinc429總線接口模塊。

　　接口模塊總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

　　接口模塊總體設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)由usb接口芯片，fpga和調(diào)制/解調(diào)電路三部分組成。硬件設(shè)計(jì)整體框圖如圖1所示。usb接口芯片采用cypress公司的usb2.0接口芯片cy68013，主要完成pc機(jī)和fpga之間的數(shù)據(jù)傳輸，起到接口模塊的橋梁作用。fpga采用altera公司的cycloneⅱ系列ep2c5q208，主要負(fù)責(zé)將32位429數(shù)據(jù)字按照arinc429數(shù)據(jù)總線協(xié)議串行輸出，當(dāng)檢測(cè)到arinc429總線上的數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)組裝成32位429數(shù)據(jù)字發(fā)送給pc機(jī)。調(diào)制/解調(diào)電路主要負(fù)責(zé)將fpga輸出的lvttl電平調(diào)制為滿足arinc429總線電氣特性的電平（即高電平為+10v，低電平為-10v，0v為自身時(shí)鐘脈沖），并將輸入的arinc429電平解調(diào)為fpga可接收的lvttl電平。

　　軟件設(shè)計(jì)主要包括usb-arinc儀器驅(qū)動(dòng)程序，usb設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及底層usb固件程序的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)整體框圖如圖2所示。usb-arinc儀器驅(qū)動(dòng)程序主要將應(yīng)用程序與驅(qū)動(dòng)程序之間的通信協(xié)議以及接口模塊的硬件控制進(jìn)行再次封裝，并為應(yīng)用程序提供接口，即api函數(shù)。usb設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要負(fù)責(zé)pc機(jī)與接口模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。usb固件程序主要負(fù)責(zé)發(fā)送接口模塊的控制命令，32位429總線數(shù)據(jù)字以及接收到32位429數(shù)據(jù)字后的中斷處理。

　　接口模塊硬件設(shè)計(jì)

　　接口模塊硬件部分由usb接口芯片，fpga和調(diào)制/解調(diào)電路三部分組成。下面以一路429設(shè)備為例來(lái)介紹接口模塊的發(fā)送和接收部分的硬件設(shè)計(jì)。

　　發(fā)送部分硬件設(shè)計(jì)

　　發(fā)送部分硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。發(fā)送部分主要負(fù)責(zé)將arinc429數(shù)據(jù)字按照設(shè)置的發(fā)送模式傳輸給arinc429總線。

　　usb接口芯片cy68013負(fù)責(zé)接收pc機(jī)傳來(lái)的32位429數(shù)據(jù)字，并傳輸給pc機(jī)所指定的429總線設(shè)備。由于要傳輸給多路429總線設(shè)備，所以pc機(jī)還必須給每一個(gè)429數(shù)據(jù)字加上一個(gè)設(shè)備通道號(hào)。圖3中接口芯片內(nèi)的buffer用來(lái)存儲(chǔ)要發(fā)送的429數(shù)據(jù)字。當(dāng)8051處理器檢測(cè)到buffer中有數(shù)據(jù)后，先將設(shè)備通道號(hào)寫(xiě)給fpga中發(fā)送控制模塊，然后再將429數(shù)據(jù)字寫(xiě)到fpga的ram中。

　　由于在測(cè)試arinc429電子設(shè)備中，時(shí)常要求多路arinc429總線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)接口模塊多路arinc429總線同時(shí)工作，本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)全局start/stop信號(hào)。當(dāng)pc機(jī)傳下start信號(hào)后，fpga中各路的發(fā)送控制模塊開(kāi)始將ram中數(shù)據(jù)取出并傳輸給移位寄存器。移位寄存器再將并行輸入的32位429數(shù)據(jù)字串行輸出給外圍的發(fā)送調(diào)制電路。fpga中時(shí)鐘控制模塊用來(lái)控制發(fā)送arinc429數(shù)據(jù)字的速率。

　　因?yàn)閒pga輸出信號(hào)是lvttl電平，并不滿足arinc429數(shù)據(jù)總線的電氣特性，所以必須加上發(fā)送調(diào)制電路對(duì)fpga輸出的lvttl a和lvttl b兩路信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以滿足arinc429數(shù)據(jù)總線的電氣特性。

　　接收部分硬件設(shè)計(jì)

　　接收部分硬件設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。接收部分主要作用是檢測(cè)arinc429總線上是否有數(shù)據(jù)，并當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí)將并行的32位429數(shù)據(jù)字組裝成并行的4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送給pc機(jī)。

　　首先，pc機(jī)設(shè)置接收部分的傳輸速率，即設(shè)置fpga中時(shí)鐘控制模塊輸出的讀控制時(shí)鐘信號(hào)r_clk，它以16倍于傳輸速率進(jìn)行采樣。當(dāng)lvttl a和lvttl b任一路為高電平，即為有效數(shù)據(jù)的開(kāi)始。在fpga中，同步字頭接收模塊負(fù)責(zé)這部分工作。當(dāng)有效數(shù)據(jù)開(kāi)始后，接收32個(gè)串行輸入數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊，同時(shí)data_en信號(hào)有效。接收數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊檢測(cè)到data_en信號(hào)，鎖存32位429數(shù)據(jù)字。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行奇校驗(yàn)無(wú)誤后，向usb接口芯片發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)。

　　當(dāng)usb接口芯片響應(yīng)中斷信號(hào)后，先判斷是哪一路arinc429總線數(shù)據(jù)，并將此路總線的通道號(hào)寫(xiě)入芯片的buffer中。usb接口芯片再發(fā)送讀信號(hào)讀取fpga中寄存器的429數(shù)據(jù)字，共4個(gè)字節(jié)。本設(shè)計(jì)采用雙緩沖buffer方式來(lái)存儲(chǔ)接收到的429數(shù)據(jù)字。這種設(shè)計(jì)方式能有效提高接口模塊傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

　　接收解調(diào)電路主要負(fù)責(zé)將arinc429總線輸入的電平解調(diào)為fpga可接收的lvttl電平。

　　接口模塊軟件設(shè)計(jì)

　　接口模塊軟件由usb-arinc429儀器驅(qū)動(dòng)程序、usb驅(qū)動(dòng)程序和usb固件程序等三部分組成。usb-arinc429儀器驅(qū)動(dòng)程序主要將應(yīng)用程序與驅(qū)動(dòng)程序之間的通訊協(xié)議以及應(yīng)用程序與硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸命令進(jìn)行封裝。儀器驅(qū)動(dòng)程序在visual c++6.0下開(kāi)發(fā)，可以提供給應(yīng)用程序顯式或隱式調(diào)用。在本文中不詳細(xì)介紹儀器驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。下面將介紹usb固件程序及驅(qū)