ARINC429航空总线地面实验平台设计与开发

2013-04-25张鹏涛

电子科技 2013年9期

张蓉，张鹏涛

(1.空军军通局，北京100166;2.空军工程大学装备管理及安全工程学院，陕西西安710051)

ARINC429航空数据总线已广泛应用于民航飞机等各航空领域，成为当前应用最为广泛的航空电子系统数据总线［1－3］。分析航空总线上的数据流是掌握了解飞机上各个电子设备的工作过程、判断航空电子设备各系统的工作状态以及故障定位、故障排除的重要手段。因此，构建基于ARINC429机载总线［4－6］的地面实验平台，进行飞机内部数据的截取、分析与功能仿真，对科学研究、系统测试、技术评估、故障检测和教学演示等都有重要的意义。

1 平台功能要求

ARINC429航空总线地面实验平台是在实验室环境下，以通用PC机为载体，建立Windows操作系统下基于PCI接口的ARINC429总线实验系统，实现符合ARINC429总线协议规范的数据通信机制［7－8］，读取航空电子设备内部的多种参数，并向其他设备传送仿真数据信号，形成驱动指令，模拟并仿真机载设备之间的数据通信。为后续研制基于ARINC429总线的航空电子设备建立测试仿真平台［9－10］，为飞机内部数据及信息交换的分析研究提供操作平台，为研究机载总线的新理论、方法及设计新型的航空电子综合化系统提供了实验平台。

2 平台硬件设计

通过对系统功能的详细分析，设计出系统的整体方案，以3个通讯节点为例，其整体架构如图1所示。

系统硬件部分。(1)通信节点:为整个系统提供运行平台，每个节点即一台通用PC，装有Windows操作系统，主板提供至少一个PCI总线接口插槽。(2)通信网:包括连接电缆和ARINC429总线接口卡，连接电缆为普通同轴电缆，ARINC429总线接口卡驻留于PC机的PCI总线接口插槽中，用于将各节点接入其总线的通信网，连接各PC机并进行数据处理和传输。

3 ARINC429总线接口卡的设计

硬件设计的重点是ARINC429总线接口卡的设计与实现，涉及到硬件的选型、电路布线以及芯片内部程序的编写。总线接口卡硬件主体结构设计由4部分构成:与主机通信的PCI接口模块，基于多通道IP核的总线协议模块和电平转换模块。如图2所示。

图1 系统总体架构设计

图2 总线接口卡硬件主体结构设计

3.1 PCI接口模块

其功能是与主机通信的PCI接口模块，主要实现IP核协议模块与主机的通信。选用PLX公司的PCI9054控制器件和E2PROM(93CS56L)初始化信息存储模块。

3.2 IP核总线协议模块

该协议模块实现多通道总线协议IP核，该IP核主要实现ARINC429总线协议，其既能接收转换成数字信号的ARINC429总线协议数据，将其送入PCI接口模块，又可将PCI通信模块发出的数字信号按照ARINC429总线协议的数据格式输出。文中基于FPGA，选用Altera公司的EP1C6Q240C8芯片配置器件搭载外界电路实现。

3.3 电平转换模块

电平转换主要是实现TTL电平与双级归零码之间的转换。采用HOLT公司专用电平转换器件HI－8585和HI－8588搭载外接电路实现。总线接口卡硬件结构设计如图3所示。

图3 总线接口卡硬件结构详细设计

4 软件总体设计

系统功能的实现由软硬件共同协作完成，可分为5层，从底层到顶层依次为物理层、数据链路层、传输层、驱动层和应用层。总线接口卡实现较低3层及物理层、数据链路层和传输层的功能，其中物理层和数据链路层的功能由总线接口卡的硬件实现，传输层功能由总线接口卡上驻留的通信软件实现，较高两层即驱动层和应用层的功能分别由驻留在PC机上的驱动软件和应用软件实现，如图4所示。