基于DSP的ARINC429总线的设计

随着数字信号处理器(DPS,digital signal processor)的发展与应用,现代数据采集系统的性能越来越高,功能越来越强,而DSP也逐渐成为整个系统的核心,能对系统的各个模块进行控制并对采到的数据进行运算、处理与传输。PC与DSP之间的通信从数据传输方式来看,可分为串行和并行两大类。RS232串口是比较通用的一种串行通信方式,由于串行通信每次只能读写一个数据,因此速度较慢。SSP(标准并行口,standard parallel port)、EPP(增强型并行口,enhanced parallel port)、ECP(扩展容量并行口,extended capability port)是目前比较常用的并行方法。SPP速度达到每秒150K字节,但只能单向数据传输,不得不采用状态线实现数据的输入,最后还得进行字节或字的拼接。ECP协议最大优势是支持DMA操作,但是接口控制复杂,而且要编写硬件驱动电路。EPP是与SPP兼容的能够双向传输数据的高速并行中协议,可以达到每秒500K—2M字节的速率,达到接近标准PC内部ISA总线传输数据的能力,并且控制较为简单。因此利用EPP进行PC与DSP之间进行通信和数据传输时是一种好的方法。

本文给出了ARINC429标准数据通过计算机并口发送和接收的方法,用DSP来作为下位机对数据处理再将数据传送给HS3282芯片,和ARINC429协议进行通讯,逻辑控制利用一片CPLD来完成。

1.ARINC429总线简介

一个ARINC429数字信息基本单元由32个位组成一个数据字,每一个数据字分为5组,即:

(1)标志码(label),第1-8位,用于表示信息的类型。

(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。

(4)富豪状态位(SSM),第30-31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,是无效数据还是实验数据。

(5)奇偶校验位(parity),第32位,奇校验。其定义如表1所示

2.EPP增强型并口简介及其余DSP模块的连接

EPP协议是与标准并行口兼容的一种双向通信协议,给用户提供了灵活方便的传输手段,EPP协议提供了四种类型的数据传输周期:数据读周期、数据写周期、地址读周期、地址写周期。数据读写周期用于主机与外设间的传输数据时使用,地址读写周期用于传输地址、通道、命令和控制信息。它更像是一种总线协议,定义了由基地址开始的8个寄存器,通过对寄存器的读写,完成整个读写时序。其引脚定义为表2.

表2引脚定义

其工作过程为:计算机向DSP发送数据前,首先由CPLD将FIFO1复位,然后将数据写入FIFO1,然后给DSP测试模块一个中断信号,通知其从FIFO1中去数据;同样当DSP向计算机发送数据时,DSP首先将FIFO2复位,然后将数据成批写入,再给计算机一个中断,通知其从FIFO2中去数据,这样完成了一个数据的双向通信。

此电路设计中,首先在CPLD中逻辑设计时候应该注意:nWAIT应该由nDaStb的逻辑关系产生,具体为:nWAIT=非(nDaStb与nAdStb);其次由于EPP和SPP兼容,EPP下时,要将nDaStb与nAdStb,nWrite设置为无效,否则系统不会自动产生读写信号。

3.简介及其与DSP模块连接

HS-3282是美国HARRIS生产的高性能CMOS总线接口电路,满足ARINC429规范及其类似的编码顶式多路串行数据传输协议。外接驱动电路便可以产生ARINC429电平,主要引脚如下:

引脚 符号 功能

1 Vcc 提供5V+-5%V电压

2 429D11(A)ARINC429数据输入到接收器1

3 429D11(B)ARINC429数据输入到接收器1

4 429D12(A)ARINC429数据输入到接收器2

5 429D12(B)ARINC429数据输入到接收器2

6 nD/R1接收器1数据可读标志

7 nD/R2接收器2数据可读标志

8 SEL 总线数据选择

9 nEN1使接收器1的数据到达数据总线

10nEN2 使接收器2的数据到达数据总线

28PL1 并行装载输入信号,第一个16bit被装载到发送存储器

29PL2 并行装载输入信号,第二个16bit被装载到发送存储器

30TX/R发送器输出标志,表明存储器空

33ENTX发送器使能输入信息,把FIFO存储器中的数据发送出去

34nCWSTR 控制字输入选通信号,把数据总线上的控制字锁存到控制存储器

39nMR主复位信号

HS-3282由两个接收器和一个发送器组成,接收器和发送器分别工作。两个分别独立的接收器直接与ARINC429总线相连,且以10倍于接收数据速率频率工作,接收到的数据同时带有奇偶校验。发送器由先进先出存储器(FIFO)和定时电路组成,FIFO存储器用于保存串行传输8个ARINC429数据字,定时电路按照ARINC429规范要求分割数据,并产生奇偶校验。

读操作时nRD有效,给出有效地址,就可从接收器1(nEN1)或2(nEN2)读取数据。由于HS-3282是16位,因此一个ARINC429要分为2个字才可读出。DEN使HS-3282将数据放在数据总线上,此时要求DEN脉冲大于等于200ns。写操作时,nWR取反后替代DEN,通过地址选择将控制字写入控制寄存器(nCWSTR)。nPL1, nPL2控制第一个还是第二个16位字写入发送寄存器。

4.结束语

经过本文的分析和论述,通过计算机并口的EPP模式可以极大地提高数据与DSP通讯的速度,尤其在数据吞吐量大、要求速度快的前提下更是如此;而在DSP与HS-3282的接口上利用CPLD逻辑器件替代门电路,加强了系统的抗干扰能力和可编程能力;本文完整地完成了由PC并口与ARINC429总线通讯的系统硬件设计。经过仿真实验结果,可以完整地实现现代飞机通讯所需要求,并且制成的板卡具有携带方便,功能强大,即插即用,数据传输高速、稳定,功能可扩展等优点,可以良好地适应高空工作的不同环境和变化。■