基于USB的ARINC429总线接口模块设计

基于USB的ARINC429总线接口模块设计

ARINC429总线由美国航天无线电设备

所资助，是广泛应用于当前航空

设备中的一种数据总线传输标准。与传统的航空电子设备间的模拟传输相比，ARINC429总线具有抗干扰能力强、传输精度高、传输线路少以及成本低等优点。ARINC数据总线协议规定一个数据由32位组成，采用双极性归零码，以12.5Kb/s或100Kb/s码速率传输。本设计利用

即插即用、

可灵活配置等特点，设计了基于USB总线的ARINC429总线

模块。

接口模块总体设计结构

软件设计主要包括USB-ARINC仪器驱动程序，USB设备驱动程序以及底层USB固件程序的设计。软件设计整体框图如图2所示。USB-ARINC仪器驱动程序主要将应用程序与驱动程序之间的通信协议以及接口模块的硬件控制进行再次封装，并为应用程序提供接口，即API函数。USB设备驱动程序主要负责PC机与接口模块之间的数据传输。USB固件程序主要负责发送接口模块的控制命令，32位429总线数据字以及接收到32位429数据字后的中断处理。

接口模块硬件设计

接口模块硬件部分由USB接口芯片，FPGA和调制/解调电路三部分组成。下面以一路429设备为例来介绍接口模块的发送和接收部分的硬件设计。

发送部分硬件设计

发送部分硬件设计框图如图3所示。发送部分主要负责将ARINC429数据字按照设置的发送模式传输给ARINC429总线。

因为FPGA输出信号是LVTTL电平，并不满足ARINC429数据总线的电气特性，所以必须加上发送调制电路对FPGA输出的LVTTL A和LVTTL B两路信号进行调制，以满足ARINC429数据总线的电气特性。

接收部分硬件设计

接收部分硬件设计框图如图4所示。接收部分主要作用是检测ARINC429总线上是否有数据，并当有数据时将并行的32位429数据字组装成并行的4个字节数据发送给PC机。

首先，PC机设置接收部分的传输速率，即设置FPGA中时钟控制模块输出的读控制时钟信号r_clk，它以16倍于传输速率进行采样。当LVTTL A和LVTTL B任一路为高电平，即为有效数据的开始。在FPGA中，同步字头接收模块负责这部分工作。当有效数据开始后，接收32个串行输入数据，并将数据发送给接收数据检测模块，同时data_en信号有效。接收数据检测模块检测到data_en信号，锁存32位429数据字。在对数据进行奇校验无误后，向USB接口芯片发送一个中断信号。

当USB接口芯片响应中断信号后，先判断是哪一路ARINC429总线数据，并将此路总线的通道号写入芯片的Buffer中。USB接口芯片再发送读信号读取FPGA中寄存器的429数据字，共4个字节。本设计采用双缓冲Buffer方式来存储接收到的429数据字。这种设计方式能有效提高接口模块传输数据的稳定性和准确性。

接收解调电路主要负责将ARINC429总线输入的电平解调为FPGA可接收的LVTTL电平。

接口模块软件设计

USB固件程序设计

USB接口芯片是底层硬件的基础，是接口模块与PC机通信的硬件桥梁，良好的USB固件程序设计是接口模块能够稳定可靠工作的保证。USB固件程序设计结构如图5所示。

主程序Main.c主要负责USB接口芯片的初始化工作。主要有端口的初始化、中断的初始化、USB设备的列举和重列举等工作。Main.c的设计结构如图6所示。

读数据中断服务子程序(Isq)主要负责接口模块读取ARINC429总线数据，并根据USB接口芯片的中断引脚来标记429数据字的通道号。

控制传输(Vendor)主要是灵活地控制接口模块的发送模式。接口模块共有单次发送、多次发送以及循环发送等三种发送模式。三种发送模式可以满足多种ARINC429数据发送需要。其中，多次发送模式和循环发送模式可以设定ARINC429数据字与数据字之间的字间隔，并可以设定一组ARINC429数据字的循环周期。这种设计方式体现了接口模块的灵活方便特性。

USB设备驱动程序设计

分发例程主要由Create，Read，Write，IOCTL以及Close等五部分函数组成。Close函数主要负责关闭设备句柄，调用卸载例程，并释放设备内存资源(这个函数在图中并未列出)。其它四部分与上层应用程序的接口函数分别为CreateFile，ReadFile，WriteFile和DeviceIoControl。

Create函数主要负责获取对接口模块进行操作的程序句柄，该句柄在即插即用例程中指定。

Read函数负责读ARINC429数据。当应用程序通过调用ReadFile发一个IRP到驱动程序时，驱动程序先检测读取数据长度是否大于已设定的端点传输最大字节。如大于，则仅分配长度为最大字节的内存空间；如小于或等于，则按该数据长度分配内存区。然后USB设备驱动程序再将此IRP向下传递给下层驱动程序，最后由底层驱动程序将ARINC429数据写到已分配的内存空间供应用程序读取，并返回一个函数值和已读取多少字节的变量给应用程序判断。Write函数操作与Read函数类似，只是传输方向相反。

IOCTL函数负责接口模块的控制命令传输。当需要指定接口模块发送模式或循环发送时的字间隔和帧周期时，应用程序通过调用DeviceIoControl发一个IRP给驱动程序。驱动程序收到此IRP时，将通过USB控制管道把接口模块控制命令传输给USB接口芯片。

结论

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。