作為機載電子設備之間數據傳輸的一種標準，ARINC429總線以其特有的優點在現代軍用與民用飛機上得到了廣泛的應用。它是美國航空無線電公司(ARINC)制定的航空數字總線傳輸標準，定義了航空電子設備和系統之間相互通信的一種規范，因此對于ARINC429總線通信的研究是有重要的現實意義和應用前景。為了使系統能夠對ARINC429數據進行處理并將處理好的數據發送出去，文中提出了一種基于DSP和ARINC429專用協議芯片HS-3282的總線數據設計方法。

1 ARINC429數據傳輸規范
    ARINC429總線采用雙絞屏蔽線傳輸信息，通過一對雙絞線反向傳輸，具有很強的抗干擾能力。其調制方式采用雙極歸零制的三態碼方式，即信息由“高”、“零”和“低”3種狀態組成。ARINC429總線的1個數據字有32位，32位數據字以脈沖形式發送，采用了雙極歸零調制，發送出去的脈沖有3個電平，即高電平(+10V)、中電平(0V)、低電平(-10V)。高電平為邏輯1，低電平為邏輯0，中電平為發送自身時鐘脈沖。429數據的兩個數據字之間有4位間隔，這4位間隔作為字同步。一般ARINC429發送速度有2種：一種為高速，100kbit／s；一種為低速，12．5 kbit／s。通常高速用于軍用飛機上，低速用于民用飛機上。ARINC429數據格式如表1所示。

2 系統硬件設計
    本系統主要是實現ARINC429總線數據信息的接收和發送。本系統中采用TI公司的DSP芯片TMS320F2812為控制核心和CPLD芯片作譯碼電路控制429數據收發芯片時序邏輯，配合1片高性能ARINC429數據收發芯片HS-3282和1片ARINC429數據發送驅動芯片HS-3182，形成1個數據接收通道和1個數據發送通道，由它們構成數據收發、串／并、并／串轉換的主體，其系統結構框圖如圖1所示。

2．1 TMS320F2812
    在整個系統中，TI公司的DSP芯片是整個接口系統的核心，采用TMS320F2812，主要用來控制各個部分協調工作，完成對接收／發送數據的處理和與CPLD配合產生收發模塊所需要的控制信號。作為TI公司首推的TMS320F2812具有很高的性價比，廣泛應用于工業控制，特別是應用于處理速度、處理精度等方面要求較高的領域，在電子控制領域發揮著重要的作用，推動了電子信息化的進程。由于TMS320F2812采用了先進的改進型哈佛結構，流水線技術，指令執行速度快，具有可高達150 MIPS的處理能力，完全能夠滿足ARINC429信號的處理。并且片內具有128 k Flash存儲器，使得電路的設計比較簡單。
2．2 HS-3282簡介
    HS-3282是美國Harris公司生產的專門面對ARINC429總線的一種高性能CMOS總線接口芯片，能滿足ARINCA29協議的譯碼、時分復用、串行數據協議等標準的要求。當它與驅動芯片HS-3182配合使用時，能正確收發ARINCA29規范數據，且抗干擾性能好。因而采用其來設計ARIN-C429總線接口電路既簡單、有效，又能保證可靠性。
    HS-3282包含兩路接收器和一路發送器，接收器和發送器分別獨立工作。兩個分別獨立的接收器直接與ARINC429總線相連，并以十倍于接收數據速率的頻率工作，發送器的數據速率可以與接收器速率相同或不同。盡管兩個接收器工作在同一個頻率下，但是它們獨立工作并異步接收串行數據。ARINC總線接口芯片發送器主要包括FIFO存儲器和時鐘電路。FIFO存儲器能夠為發送器連續保存8個ARlNC數據。時鐘電路用來正確分隔每個ARINC數據字以滿足ARINC429規范。盡管ARINC429規范指定為包含校驗位的32位字，通過編程，HS-3282的數據字長度也可以為25位。HS-3282接收器是將串行429數據轉換為2個并行的16位數據，而發送器則是將2個并行的16位數據轉化為串行429數據。
2．3 ARINC數據收發模塊
    該模塊主要完成ARINC429數據的接收、發送和速率轉換等功能，利用1片高性能的ARINC429數據收發芯片HS-3282和1片ARINC429數據發送驅動芯片HS-3182完成一路接收和一路發送通道，由它們完成數據緩存，串／并、并／串轉換和系統內部邏輯信號與ARINC429差分信號的轉換。
    HS-3182為正式差分輸出，用來把要發送的信息轉變為符合ARINC429傳輸規范的電平，與驅動芯片HS-3182相連的電容用來改善輸出數據的上升沿和下降沿，這里對于不同的數據傳輸速率選擇不同的電容，75 pF電容對應ARINC429總線高速工作狀態，300 pF電容對應低速作狀態，這兩個電容極其重要，為了提高穩定性、降低干擾，最好采用軍品電容。
    數據發送單元主要完成把并行的信息轉化為串行信息，再把串行信息轉變為雙極性歸零碼，發送至ARINC429總線。數據接收單元主要把ARINC429總線上來的雙極性歸零串行信息轉變為一般的串行信息，再經過移位寄存器轉換為并行信息。ARINC429數據發送／接收單元的原理圖如圖2所示。

    HS-3282中D／R1接F2812的外部中斷，使429數據接收為中斷接收；CWSTR、ENTX、TX／R、MR等經電平轉換連接到F2812的I／O口；429DI(A)和429DI(B)直接連接429總線，接收來自429總線的數據；429D0及／429D0和HS-3182的DATA(A)、DATA(B)連接，將HS-3282發送器的數據經HS-3182驅動后發送至429總線。
2．4 CPLD邏輯控制
    對于F2812，每個區域的讀、寫操作時序都可以單獨配置，且每個區域都有片選信號，當片選信號被置低(置0)，那么當前用戶將訪問相應的存儲空間(讀、寫操作)。在本系統中，選用Zone0空間，Zone0占用的外部總線地址為0x2000～0x3FFF，當XA[13]為高電平，XA[14]為低電平時選擇ZoneO空間，Zone0片選使能邏輯如圖3所示。

    CPLD集成了系統地址選擇模塊，實現對外部器件的訪問。CPLD的邏輯功能決定了HS-3282的功能地址，通過地址譯碼產生HS-3282所需要的控制信號PL1、PL2、EN1和CWSTR所需要的控制信號。系統中譯碼模塊的邏輯如圖4所示。由片選使能和CPLD譯碼邏輯可得PL1、PL2、EN1和CWSTR的選通地址。

3 系統軟件設計
    此系統的軟件部分主要包括初始化模塊、數據的發送／接收子程序模塊。
    1)初始化模塊系統上電后，首先進行初始化，初始化模塊包括上電芯片復位和寫控制字到HS-3282控制字寄存器。該控制字主要有字長、接收速率、發送速率、源目的解碼和自測試設置。初始化流程圖如圖5(a)所示。

    2)ARINC429數據發送模塊數據發送是首先向FIFO寫入數據，然后經HS-3182驅動發送到總線。在向FIFO寫操作過程中，PL1先于PL2有效，多次的寫PL1將會使先前的數據被覆蓋，PL1有效時，低16位數據被發送到FIFO中。當PL2有效時，高16位數據被傳送到FIFO中。第1個數據字寫入后TX／R由高變低，然后通過置發送使能信號ENTX，HS-3282將數據字串行發送出去，并自動在相鄰兩個字之間插入4bit間隔。當FIFO為空時，TX／R由低變高，此時應當禁止發送使能信號ENTX，以便向FIFO重新寫入數據。當HS-3282處于發送狀態時，不能向FIFO寫入數據。發送模塊流程圖如圖5(b)所示。
    3)ARINC429數據接收模塊 數據接收模塊被設計為中斷接收，由HS-3282的D／R1提供中斷信號。當D／R1為0時，進入中斷，并表明ARIN-C429總線上有數據到來，此時選通EN1地址，再置SEL為0，接收低16位數據；接著置SEL為1，再選通EN1地址，接收高16位數據。接收模塊流程圖如圖5(c)所示。

4 結束語
    針對ARINC429總線的應用，提出了TMS320F2812與ARINC429總線通信的軟硬件設計和實現方案。該設計硬件電路簡單，數據通信程序可讀性好，編寫容易，數據傳輸準確可靠。在設計TMS320F2812數據總線讀寫的邏輯控制時，XRD和XWE信號必須參與邏輯控制，保證順利讀寫總線數據。經驗證該系統能夠有效地完成2個16位并行數據到32位串行數據的轉換，實現了TMS320F2812 DSP與ARINC429總線之間的數據通信，且傳輸速率為100 kb，達到了系統的設計要求。該系統可廣泛借鑒并應用于ARINC429總線數據傳輸系統及ARINC429接口卡設計中。