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1、ARINC429总线在航空物探测量系统集成中的应用 摘 要： 为了提高航空物探测量系统中数据通信的稳定性，精简系统集成的困难程度，借鉴ARINC429通信总线技术在航空电子系统中应用，将其应用于航空物探测量系统中。设计基于TS68C429A和DEI1016的ARINC429的发送和接收电路，从而改进航空物探系统数据传输方式，提高测量数据的收录质量，精简接口设计种类。 关键词： ARINC429； 航空物探系统； 数据通信； TS68C429A； DEI1016 中图分类号： TN92534 文献标识码： A 文章编号： 1014373X07011504 0 引 言 航空物探测量系统须要将专用物
2、探测量设备、高度计、定位系统、数据收录仪等各个功能相对独立的测量设备或子系统进行综合集成，将多个所测的参量数据传输到数据收录仪中，集中收录到同一个文件中。因此各个测量子系统与数据收录仪之间的数据传输方式干脆确定收录数据的质量，是系统集成过程中的重点。 ARINC429 数据总线是美国航空无线电公司专为航空电子系统制定的数字总线传输标准，是机载电子设备之间常用的串行通信标准，它为系统互联供应统一平台。ARINC429总线性能优良，其传输速率高，牢靠性好，广泛应用在先进的客机及一些军用飞机航空电子系统的数据传输中，将原来分散的信息和数据进行集中，实现功能独立的子系统的综合1。 航空物探测量系统须要
3、将各测量设备所获得的数据集中收录于同一台设备上，因此借鉴ARINC429 数据总线在航空电子系统中的应用，将ARINC429总线应用于航空物探系统集成中能够提高数据传输速率和稳定性，并大幅度减轻机上电缆质量，大大精简线路布局，使集成后的系统更加精简。 1 ARINC429总线 ARINC429总线是一种单向广播式数据总线，数据传输采纳差分信号，具有很强的抗干扰实力，传输距离较远。信息为单向传输，总线上只允许有1个发送设备，可以有多个接收设备，接收和发送是相互独立的。运用一对单向、差分耦合、双绞屏蔽线， 以串行方式传输数字信息。每条线上的信号电压范围为- 5+5 V，一条线称为A， 另一条线称为
4、B。信息传送的速率有高速和低速两种方式，高速传输的速率为101 Kb/s，低速传输的速度24为1214.5 Kb/s。 ARINC429信息传输采纳双极性归零制三态码调制方式，即由高、零、低状态组成的三电平状态调制信号。发送器/接收器的输出/输入差动电平范围如图1所示。 ARINC429通信一般采纳带有奇校验的32位信息字，主要包括五部分：奇偶校验位、符号/状态位、数据区、源/目标标识位和标记位；它们的发送依次为：标记位、源/目标标识位、数据区、符号/状态位和奇偶校验位。其中标记位发送依次与正常依次相反，先发送高位再发送低位， ARINC429信息传输电平范围 ARINC429信息字格式 位号
5、&32&3130&2911&109&81&功能&奇偶位&状态位&数据位&源/目标标识符&标识符& 2 系统设计 2.1 系统整体设计 航空物探测量系统数据传输方式采纳ARINC429总线，总线电缆采纳双绞屏蔽线，并进行屏蔽接地，提高传输过程中的抗干扰实力5。图2为采纳ARINC429总线进行集成的总体框图。航空物探测量系统采纳ARINC429实现的是单工通信，结构为多个数据发送端，一个数据接收端。因此每个测量设备中要集成单通道发送模块，数据收录仪中集成多通道接收模块。 采纳ARINC429总线进行集成的总体框图 2.2 ARINC429数据的编码 ARINC429通信采纳32位字长数据格式，因
6、此须要将要发送数据根据ARINC429协议格式进行编码。发送端依据要发送的参数信息，确定发送数据的标示符、符号/状态位、奇偶校验位和源/目的标识码等，组合成32位数据字进行发送。接收端通过标示码和SDI对接收数据进行参数类型识别解码，从而对接收数据进行处理记录6。 ARINC429的32位信息字中18位为标示符。ARINC429标准规范中具体规定了标示码对应的参数及意义7，标示码的定义均针对航空电子设备制定的，因此将ARINC429应用到航空物探测量系统中，需针对性地对标示符进行自定义，从而实现对航空物探测量数据信息的识别。 数据字的第9位和第10位为源/目标标示符，SDI用来识别多系统中的数
7、据源，或者在多数据接收端总线上指明发送数据目标。ARINC429应用于航空物探系统是个多数据发送端、单个数据接收端的拓扑结构，具有多个数据源，因此对SDI进行针对性编码实现对测量设备识别。 2.3 硬件电路设计 2.3.1 接收器电路设计 数据收录仪作为上位机，要接收多个设备的测量数据，因此设计基于PCI总线的ARINC429多通道接口板，插入数据收录仪中实现ARINC429总线与PCI总线的数据交互， 供应ARINC429总线协议的实时通信。数据收录仪ARINC429总线接口卡硬件总体设计如图3所示，PCI接口芯片采纳PCI9052，供应了收录仪访问双口RAM的通道；处理器电路实现访问双口R
8、AM限制，限制429协议芯片组的读写；CPLD实现限制逻辑处理电路，完成系统中全部的逻辑变换功能；429协议芯片组实现429总线及其协议的转换89。 ARINC429总线接收器 ARINC429通信设计中接口芯片应用较广的有HARRIS公司的HS3282或Device Engineering 公司的DEI1016。HS3282和DEI1016的ARINC429接收通道数较少，均为2个接收通道，而航空物探测量系统中ARINC429总线接收器需接收至少5个通道ARINC429总线数据，接口芯片如采纳HS3282或DEI1016，需增加接口芯片的数量，并且多个接口芯片须要多个CPU中断恳求线和外部逻
9、辑设计，这将增加芯片数量和电路困难程度，并增加了机载设备的功耗。 ATMEL公司的TS68C429A是款高性能、多通道、低功耗的CMOS型429接口芯片，具有 8个彼此互独立且可同时并行工作的ARINC429接收通道，因此TS68C429A是航空物探系统集成中解决429通信多通道接收的较优选择。每个通道具有如下功能： 一个串/并转换器，将两线制串行RZ码信号转换成两个16位字； 一个寄存器用来存储有效的标记； 一个限制逻辑来检查接收到的信息是否有效； 一个缓冲区来保存最近接收到的信息2。 TS68C429A的接口是“1”和“0”两线制RZ码，每个接收通道有两根输入线，分别接收信号的高端和低端，
10、该信号与ARINC429双极性信号不能干脆兼容。因此需将ARINC429的3电平双极性归零制信号转换为RZ码两线制信号。数据接收时可通过运放和二极管搭建电路来实现429双极性归零制信号电平到RZ码两线制信号电平的转换。而为精简电路板上元器件布局，增建电路的稳定性，各发送通道选择通过附加429总线接收驱动芯片HI8588，将ARINC的3电平状态信号转换为RZ码两线制信号10。 ARINC429的3电平状态信号与RZ码两线制信号 多款处理器均可对TS68C429A进行限制和数据读写，其中Atmel的TS68K系列微处理器TS68302与TS68C429A的接口完全兼容，处理器与接口芯片之间无需困
11、难的逻辑芯片，对应的信号线可干脆相连，实现完全“无缝连接”，因此处理器选用TS68302，输入的CLKARINC时钟频率12为1 MHz。图5为ARINC429发送电路。 收录部分只需实现数据接收功能，因此对TS68C429A的编程操作包括复位后对接收器的初始化操作和接收操作。 TS68C429A的每个接收通道对应一个标识限制矩阵，接收器初始化除进行奇偶校验设置、优先级设置外，要对标识矩阵进行设置，从而在数据接收端可实现针对性选择相应标识数据进行接收。接收器的初始化操作流程图如图6所示。 ARINC429发送电路 TS68C429A初始化流程图 数据接收操作可采纳中断响应或查询逻辑限制单元的状
12、态寄存器来实现。TS68C429A具有8个接收通道，8个接收通道共享一个接收中断。由于航空物探测量数据的收录要保证高精度同步，因此假如只采纳中断方式来进行数据接收操作，当多个通道对应的发送端同时发送数据，可能只会接收到一个通道的有效数据，而覆盖丢掉其他通道的数据；假如采纳查询方式来进行数据接收操作，则将增加CPU资源开销。因此为防止接收数据丢失，数据接收采纳中断和查询逻辑限制单元兼施方式，即CPU响应接收中断申请，通过查询逻辑限制单元中状态寄存器对应接收通道标记位，读取有效标记位所对应通道所接收的数据11。数据接收操作流程图如图7所示。 数据接收流程图 2.3.2 发送器电路设计 航空物探系统
13、的各测量设备中需集成与收录仪进行通信的ARINC429发送器，每个测量设备仅需一个发送通道。 测量设备的ARICN429发送模块通过Device Engineering公司的429总线协议芯片DEI1016来实现。DEI1016芯片具有两个接收通道和一个发送通道，在此仅应用其发送功能。DEI1016可进行32位或25位字长格式的串行数据发送/接收，为与收录仪中429接收器字长格式一样，设置为32位字长操作。 ARINC429 的数据传输率分为高传输率和低传输率2 种。各测量设备429发送模块发送数据速度采纳高传输率，通过设置限制寄存器对外部输入的1 MHz时钟频率进行10分频，实现101 Kb
14、/s的发送速率。 DEI1016的串行接口DO和DO输出的是TTL电平，RZ码两线制信号，不能与429总线进行干脆连接，需通过429总线驱动芯片BD429进行电平转换，将RZ码两线制信号转化为ARINC429的BNZ码信号。因此发送端是通过DEI1016作为429总线信号的协议芯片与BD429作为429总线信号的驱动芯片组合构成ARINC429的发送通道。BD429的两个连接电容CA，CB的大小确定发送ARINC429总线信号的频率，由于要实现高速数据发送，两个电容1213均为75 pF。 DEI1016供应的是16位宽数据总线接口，不同的测量设备采纳CPU虽具有差异，但都选用数据总线为16位
15、以上的CPU，以削减读写数据时锁存器的运用。CPU通过外围逻辑电路来实现对DEI1016进行限制。由于在此只运用DEI1016的发送通道，因此实际应用时只运用LD1、LD2、TXR、ENTX、MR四个限制信号。为ARINC429发送电路图， ARINC429发送电路图 发送数据流程图 3 结 论 通过ARINC429在航空物探系统中的应用，实现测量设备与收录仪之间ARINC429总线数据传输方式，较原有通信方式提高了数据传输的稳定性，同时实现系统中各测量设备或子系统之间数据通信方式统一化，不必为各设备特地设计特有的通信方式，简化系统数据传输接口类型以及机载系统集成困难程度。 参考文献 1 姜运
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