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(biāo)準(zhǔn)，定義了航空電子設(shè)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(yīng)用日益廣泛，已推廣到許多航空設(shè)備中。與此同時(shí)在許多航空機(jī)載設(shè)備的檢測(cè)維修中出現(xiàn)了大量對(duì)429信號(hào)的檢測(cè)需求。這就使得對(duì)429信號(hào)的仿真和測(cè)試顯得十分關(guān)鍵。本文使用目前市場(chǎng)上技術(shù)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)429信號(hào)的仿真和測(cè)試，達(dá)到了使用個(gè)人電腦完成429信號(hào)檢測(cè)任務(wù)的目的。

ARINC429總線簡(jiǎn)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?jǐn)?shù)據(jù)信息，信息為單向傳輸，即總線上只允許有1個(gè)發(fā)送設(shè)備，可以有多個(gè)（≤20個(gè)）接收設(shè)備?？偩€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(hào)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(hào)的邏輯關(guān)系有三種：當(dāng)A-B 的差分電壓為7.25V～11V時(shí)，表示邏輯1，即HI;當(dāng)A-

B的差分電壓為-0.5V～0.5V 時(shí)，表示NULL;當(dāng)A-B的差分電壓為-11V～-7.25V 時(shí)，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(gè)數(shù)據(jù)位分為5個(gè)基本區(qū)域，分別為Parity、SSM、DATA、SDI、LABEL，如圖2所示。1～8位是標(biāo)號(hào)位（LABEL），標(biāo)記出包括在這個(gè)傳送字內(nèi)的信息的類型。通過這些數(shù)據(jù)標(biāo)號(hào)，接收設(shè)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(shí)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(hào)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(shè)備的狀態(tài)信息。32位為奇偶校驗(yàn)位（P），實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能。

圖2 429 信號(hào)32位字格式

基本設(shè)計(jì)思想

設(shè)計(jì)航空429總線信號(hào)的仿真和檢測(cè)采用了虛擬儀器的設(shè)計(jì)思路。簡(jiǎn)單的說，虛擬儀器就是通用計(jì)算機(jī)加上軟件和硬件。硬件用來解決信號(hào)的輸入輸出問題，軟件用來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理、顯示等功能。它利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大支持，使用戶可以很方便地對(duì)其維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)。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(lǐng)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(shè)計(jì)中，硬件方面使用基于PCI插槽的429信號(hào)收發(fā)板卡，將其插入通用電腦PCI插槽達(dá)到了測(cè)試的硬件要求，實(shí)現(xiàn)429信號(hào)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(tái)，主要用來完成發(fā)送前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、對(duì)接收數(shù)據(jù)的處理和顯示等工作。

設(shè)計(jì)實(shí)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(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 M4K429RTx板卡結(jié)構(gòu)原理圖

其主要性能參數(shù)包括：支持5～10通道，每個(gè)通道均支持接收發(fā)送自定義;信號(hào)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(yàn)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(gè)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(shí)間標(biāo)簽;有糾錯(cuò)功能。

軟件支持：提供windows下運(yùn)行的C驅(qū)動(dòng);支持VC、LabVIEW、Delphi、LabWindows/CVI等軟件進(jìn)行開發(fā)。

軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括兩方面的工作，一是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)29信號(hào)的發(fā)送，即信號(hào)的仿真;另一個(gè)是實(shí)現(xiàn)接收429信號(hào)并以合適的方式處理，包括如何顯示等，即信號(hào)的檢測(cè)。

·發(fā)送部分

發(fā)送部分設(shè)計(jì)流程如圖4所示，設(shè)計(jì)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(shè)備號(hào)、模塊號(hào)和選擇發(fā)送通道，通過調(diào)用板卡函數(shù)Init_Module_RTx對(duì)板卡初始化，獲得對(duì)板卡進(jìn)行操作的句柄，點(diǎn)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(shè)置函數(shù)Setup_Transmit_Channel_RTx設(shè)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(shí)間間隔和奇偶校驗(yàn)，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(gè)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何得到標(biāo)準(zhǔn)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(duì)應(yīng)輸入所要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。由于429信號(hào)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(shí)，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?qǐng)D6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(shè)計(jì)與發(fā)送部分相同，圖7是設(shè)計(jì)的接收界面。開始也要進(jìn)行板卡初

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

當(dāng)開始接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收寄存器會(huì)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(shí)在板卡的標(biāo)準(zhǔn)模式下，還會(huì)得到用兩個(gè)16位碼表示的時(shí)間標(biāo)號(hào)以及1個(gè)16位碼的板卡狀態(tài)返回值。要正確識(shí)別各段碼的信息。關(guān)鍵是對(duì)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(shí)別程序和對(duì)時(shí)間標(biāo)號(hào)的識(shí)別。

·觸發(fā)和中斷的處理

對(duì)于信號(hào)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(shí)還可以利用CVI提供的Timer控件實(shí)現(xiàn)，通過面板控件可以設(shè)置Timer的時(shí)間間隔來控制觸發(fā)時(shí)間，通過設(shè)置Timer的關(guān)閉，來實(shí)現(xiàn)中斷。

結(jié)語

本設(shè)計(jì)采用虛擬儀器設(shè)計(jì)思想，在針對(duì)某型飛機(jī)研發(fā)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中很好地完成了對(duì)各類429總線信號(hào)的仿真和檢測(cè)任務(wù)。另外，使用這種方法還可以根據(jù)需要選擇多個(gè)通道同時(shí)工作，并發(fā)揮虛擬儀器靈活的特點(diǎn)對(duì)429信號(hào)進(jìn)行多種處理和顯示。

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