ARINC429總線是美國航空無線電公司（ARINC）制定的航空數(shù)字總線傳輸標準，定義了航空電子設備和系統(tǒng)之間相互通信的一種規(guī)范。隨著國內(nèi)航空業(yè)的發(fā)展，ARINC429總線的應用日益廣泛，已推廣到許多航空設備中。與此同時在許多航空機載設備的檢測維修中出現(xiàn)了大量對429信號的檢測需求。這就使得對429信號的仿真和測試顯得十分關鍵。本文使用目前市場上技術成熟的基于PCI接口的429收發(fā)板卡，以LabWindows/CVI作為軟件開發(fā)環(huán)境，設計實現(xiàn)了對429信號的仿真和測試，達到了使用個人電腦完成429信號檢測任務的目的。

ARINC429總線簡介

ARINC429協(xié)議規(guī)定使用雙絞屏蔽線以串行方式傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信息，信息為單向傳輸，即總線上只允許有1個發(fā)送設備，可以有多個（≤20個）接收設備。總線的數(shù)據(jù)傳輸率為12.5～100kbps，傳輸字為32位。線路上的碼型為雙極性歸零碼。每條線上的信號電壓范圍為+5V到-5V之間。一條線稱為A（或+），而另一條線稱為B（或-）。兩條線路的差分信號的邏輯關系有三種：當A-B 的差分電壓為7.25V～11V時，表示邏輯1，即HI;當A-

B的差分電壓為-0.5V～0.5V 時，表示NULL;當A-B的差分電壓為-11V～-7.25V 時，表示邏輯0，即LO。具體編碼方式如圖1所示。

圖1 ARINC429雙極性歸零編碼方式圖

按照規(guī)定ARINC429字的32個數(shù)據(jù)位分為5個基本區(qū)域，分別為Parity、SSM、DATA、SDI、LABEL，如圖2所示。1～8位是標號位（LABEL），標記出包括在這個傳送字內(nèi)的信息的類型。通過這些數(shù)據(jù)標號，接收設備可以很容易地判斷出所接收到的字的用途。9~10位是源終端識別位（SDI），它指示信息的來源或信息的終端。11~28或29位是數(shù)據(jù)位（Data Field），是所確定的用于傳輸?shù)男畔ⅰ?29到30或31位為符號狀態(tài)矩陣位（SSM），表示數(shù)據(jù)的特性或字類型，也可表示發(fā)送設備的狀態(tài)信息。32位為奇偶校驗位（P），實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)校驗功能。

圖2 429 信號32位字格式

基本設計思想

設計航空429總線信號的仿真和檢測采用了虛擬儀器的設計思路。簡單的說，虛擬儀器就是通用計算機加上軟件和硬件。硬件用來解決信號的輸入輸出問題，軟件用來實現(xiàn)對信號的處理、顯示等功能。它利用計算機的強大支持，使用戶可以很方便地對其維護、擴展和升級。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有很高的靈活性，可以通過編制軟件來定義功能。目前在這一領域內(nèi)，使用較為廣泛的軟件包括NI公司的LabVIEW 和LabWindows/CVI，HP公司的VEE等。

設計中，硬件方面使用基于PCI插槽的429信號收發(fā)板卡，將其插入通用電腦PCI插槽達到了測試的硬件要求，實現(xiàn)429信號的發(fā)送和接收;軟件方面使用NI公司的LabWindows/CVI作為開發(fā)平臺，主要用來完成發(fā)送前的數(shù)據(jù)準備、對接收數(shù)據(jù)的處理和顯示等工作。

設計實現(xiàn)方法

硬件介紹

選用西安方元明公司代理的EXC_M4K429RTx模塊板卡。該板卡的基本結構如圖3所示。

圖3 M4K429RTx板卡結構原理圖

其主要性能參數(shù)包括：支持5～10通道，每個通道均支持接收發(fā)送自定義;信號傳輸率為12.5～100Kbps編程可調(diào);4K×8雙端口RAM作為數(shù)據(jù)收發(fā)緩存;支持奇偶校驗和可編程輸出硬件觸發(fā)，中斷和選擇模式;發(fā)送通道支持單個發(fā)送，單次發(fā)送和循環(huán)發(fā)送三種發(fā)送模式;接收通道支持查詢接收，單通道連續(xù)接收和多通道連續(xù)接收三種模式;發(fā)送字間隔編程可調(diào);支持添加時間標簽;有糾錯功能。

軟件支持：提供windows下運行的C驅動;支持VC、LabVIEW、Delphi、LabWindows/CVI等軟件進行開發(fā)。

軟件設計

軟件設計主要包括兩方面的工作，一是設計實現(xiàn)29信號的發(fā)送，即信號的仿真;另一個是實現(xiàn)接收429信號并以合適的方式處理，包括如何顯示等，即信號的檢測。

·發(fā)送部分

發(fā)送部分設計流程如圖4所示，設計的工作界面參見圖5。

圖4 發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖

圖5 發(fā)送界面

首先，輸入設備號、模塊號和選擇發(fā)送通道，通過調(diào)用板卡函數(shù)Init_Module_RTx對板卡初始化，獲得對板卡進行操作的句柄，點擊“打開板卡”按鈕可以完成這一步工作。然后調(diào)用板卡的屬性設置函數(shù)Setup_Transmit_Channel_RTx設置發(fā)送通道的發(fā)送屬性，包括發(fā)送方式，發(fā)送數(shù)據(jù)速率，發(fā)送時間間隔和奇偶校驗，通過面板控件獲得這些屬性值，如發(fā)送方式可選擇單次，單個和循環(huán)發(fā)送三種發(fā)送模式。發(fā)送速率12.5～100Kbps可選。

實現(xiàn)設計的關鍵是如何得到標準格式的32位429碼，并按照板卡硬件規(guī)定的格式將其放入發(fā)送寄存器中。如圖5在發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)中對應輸入所要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。由于429信號數(shù)據(jù)位碼的填充方式根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同分為兩種，一種是按照BCD碼填充，一種是按照BNR碼填充，因此編寫軟件時，首先需要判斷l(xiāng)abel類型，確定數(shù)據(jù)的填充方式，然后將它們合并成符合其數(shù)據(jù)類型的32位429碼信息，再按照圖6所示的發(fā)送格式，將其分為高16位和低16位兩組碼分別放入發(fā)送寄存器的高位和低位中，才能被正確發(fā)送出去。

下面給出了以BNR方式填充數(shù)據(jù)區(qū)的部分代碼。主要采用位操作完成了32位碼的生成和拆分。

·接收部分

接收部分的前端設計與發(fā)送部分相同，圖7是設計的接收界面。開始也要進行板卡初

始化和設置接收屬性， 調(diào)用Setup_ReceiVe_Channel_RTx函數(shù)設置完成。

當開始接收數(shù)據(jù)時，接收寄存器會得到高16位和低16位兩組碼（數(shù)據(jù)格式與發(fā)送部分完全相同，可參見圖6，同時在板卡的標準模式下，還會得到用兩個16位碼表示的時間標號以及1個16位碼的板卡狀態(tài)返回值。要正確識別各段碼的信息。關鍵是對于數(shù)據(jù)位的處理。要根據(jù)數(shù)據(jù)不同的填充方式編寫不同的代碼。仍然以BNR碼填充為例，給出讀取32位碼各段信息的代碼。按照同樣的思路，可以得到以BCD碼填充數(shù)據(jù)區(qū)的識別程序和對時間標號的識別。

·觸發(fā)和中斷的處理

對于信號發(fā)送和接收中存在的觸發(fā)和中斷的問題，板卡本身支持硬件觸發(fā)和中斷。同時還可以利用CVI提供的Timer控件實現(xiàn)，通過面板控件可以設置Timer的時間間隔來控制觸發(fā)時間，通過設置Timer的關閉，來實現(xiàn)中斷。

結語

本設計采用虛擬儀器設計思想，在針對某型飛機研發(fā)的自動檢測系統(tǒng)中很好地完成了對各類429總線信號的仿真和檢測任務。另外，使用這種方法還可以根據(jù)需要選擇多個通道同時工作，并發(fā)揮虛擬儀器靈活的特點對429信號進行多種處理和顯示。

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