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基于USB总线的ARINC429总线测试仪设计

时间:2020-10-04 来源:爱问旅游网
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第25卷第2期 飞行器测控学报 Vol_25 No.2 2006年4月 Journal of Spacecraft TT&C Technology Apr.2006 基于USB总线的ARINC429总线测试仪设计 陈 凯 卫跃春 阎 杰 (1.西北工业大学飞行控制与仿真技术研究所・陕西西安・710072;2.中国东方航空西北公司维修基地‘陕西西安‘710082) 摘要利用USB总线通用和即插即用的特点,研制了基于USB总线接口的AmNC429总线测试仪,该总线测 试仪利用USB总线来收发APdNC429总线数据,测试计算机通过USB总线便可与各种ARINC429总线的设备进 行数据通信。使AmNC429总线测试更加方便快捷。文中详细介绍了总线测试仪的系统结构,给出了硬件系统 设计思想,并详细讨论了测试仪软件系统结构、数据结构以及应用程序接口调用流程。 关键词ARINC429总线;USB总线;总线测试仪;便携式 中图分类号:TN06 文献标识码:A Design of ARIN12429 Bus Tester Based on USB CHEN Kai WEI Yue.chun YAN Jie‘ (1.Institute of Flight Control and Simulation,Northwestern Polyteehnical University,Xi’an,Shaanxi Province 710072; 2.Aircraft Maintenance Base of China Eastern Airlines Xibei Branch,Xi’an,Shaanxi Province 710078) Abstract Universal Serila Bus(USB)is a widely used hardware interface for attaching computer peripherla devices. The design of USB aims at removing the need for adding separate expansion cards into the computer。and improving plug— and・play capabilities by allowing devices tO be hot swapped or added to the system without rebooting the computer.USB- based ARINC429 bus tester has been developped.A computer connected with the tester Call communicate with various ARINC429 bus devices.The use of AmNC429 bus tester can make tesing of ARINC429 easy and fast.The architecture of the tester is introduced.The design of its hardare and software architecture,data structure,Application Programming Interface(API)and flow charts for the use of API are also discussed, Key words ARINC429;USB;Bus Tester;Portable 0 引 言 ARINCA29是美国航空无线电设备公司(Aeronautical Radio Incorporated,ARINC)资助,航空系统电子 工程委员会(Airlines Electronic Engineering Committee,AEEC)制订的一个通讯协议标准,它详细规划了航 空电子系统中各个电子设备间及电子设备和系统间的通讯方式,定义了总线电气特性、传输数据特性和通 讯协议,为航电系统互联提供了统一平台。它基于Mark33数字信息传输系统(Digital Information Transfer System,DITS)的单向数据总线标准,目前版本为ARINC429—15。ARINC429总线通过一对单向、差分耦合、 双绞屏蔽线进行数据传输,本质属于串行通讯范畴,支持12.5kbit/s和100kbit/s两种传输速率,广泛应用 在航空电子设备中。 ARINC429总线设备主要应用于航空领域,需要较高的可靠性,对其设备进行测试就显得尤其重要。 为方便ARINC429总线设备在外场及特殊情况下的测试,文中设计了基于USB总线的ARINC429总线测 试仪,即USB—ARINC429总线测试仪。该测试仪通过USB总线与测试计算机连接,支持即插即用(Plug and Play),使用简单,安装时无需关闭测试计算机,也不需要打开机箱安装,避免了专用测试设备体积大、 质量大的缺点。测试仪通过USB接ISl供电,无需单独外接电源。由便携计算机(测试计算机)和测试仪可 以组成不需要外接电源的移动测试系统,完全满足了外场测试需要。 ・收稿日期:2005—11—03 第一作者简介:陈凯(1976一),男,博士研究生,主要研究方向为飞行器控制与仿真、航空仪表技术。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 陈凯,等:基于USB总线的ARINCA29总线测试仪设计 91 1 总线测试仪系统结构 上层应用程序 便 拉 r_ USB-ARINC429总线测试仪结构如图l所示。总 ][ USBARINC429 线测试仪包括2片ARINC429芯片,每片实现1路 ARINC429总线发送和2路ARINC429总线接收,共 实现2路发送和4路接收。 算 总线测试仪动态连接库 机 】【 USB总线驱动程序 总线测试仪的设计由硬件电路设计和软件设计 两部分工作组成。总线测试仪硬件电路完成测试计 算机数据包的解析。控制ARINC429总线接口芯片,使 1『,Us B总线 USB芯片 USB-ARINC429总线测试仪 其按照设定的工作模式运行,发送数据包中数据;同 时还实时地接收ARINC429总线数据,并将数据打包, 通过USB总线上传至测试计算机。总线测试仪软件 由USB总线驱动程序和总线测试仪动态连接库组成。 USB总线驱动程序由USB芯片厂家提供;动态连接库 ARINCA29芯片 ARINCA29芯片 的主要任务是封装底层通信协议和硬件控制,为上层 应用程序提供应用程序接口(API),方便系统的二次 开发;动态连接库具有通用性。 ARINCA29总线 ARINCA29总线 图1 ARING429总线测试仪的系统结构 2 总线测试仪硬件设计 考虑到总线测试仪由USB总线供电,USB总线最大可驱动500mA电流,故ARINC429测试仪选取4 路接收、2路发送的结构。当然,如果允许外接电源,还可以实现更多的收发路数,但这样会降低USB总线 的方便性,不利于便携式使用。USB1.1的通信能力可达12Mbit/s,完全能够同时完成2路ARINC429总 线数据的发送和4路接收。 为了提高ARINC429总线测试仪的实时性,选用高速MCU控制USB接口芯片FT245AM,但MCU没 有足够的I/O数,无法满足与ARINC429制芯片连接的I/O管脚,因此,选用了CPLD芯片EPM7128S来完 成FT245AM的控制和数据传输。 总线测试仪硬件结构[4 如图2所示。在该总线测试仪硬件电路中,EPM7128S是硬件的逻辑控制芯 片,用于完成ARINC429总线控制芯片DEIIO16与USB控制芯片FT245AM的逻辑变换,以使测试计算机 可以实时发送数据到ARINC429总线设备,并实时接收设备返回的数据,以供主机中的程序进行记录和检 测。 USB电源 ANR10429 控制芯片 USB DEI10I6 数据 总线 CPLD EPM7128S 429接收 ANRIC429 控制芯片 DEI1Ol6 电平转BD429换 竺 产 I r 图2 ARINCA29总线测试仪硬件结构 采用Verilog HDL语言对EPMT128S程序设计,并使用Synplify综合,最后使用MAXPlus II进行布线 维普资讯 http://www.cqvip.com

飞行器测控学报 第25卷 和仿真。编程时采用模块化、层次化思路,自顶向下(T0p.Down)的设计方法。如图3所示,软件由系统管 理模块、FT245AM芯片监控模块、发送数据打包模块、 发送数I l DEI10l6 接收数据解包模块、DEI1016芯片监控模块组成。系 ’1 一 据打包I l芯片监控 统管理模块管理其他各模块,处理模块间数据传输; 》 FI'245AM芯片监控模块监视FI'245AM芯片收/发状 呈 芯 系统管理 态,完成USB总线接收和发送,提供收/发仲裁机制; 片 监 发送数据打包模块将DEI1016接收的ARINCA29数据 控 接收数l l DEI1016 据解包l J芯片监控 打包为约定格式,由监控模块发送到USB总线上;接 收数据解包模块采用有限状态机方法将接收数据解 图3 EPM7128S程序结构图 包,根据解包指令控制DEI1016芯片;DEI1016芯片监 控模块监视DEI1016芯片接收/发送状态,完成 ARINC429数据接收和发送。 3 总线测试仪软件设计 US13.-ARINC429总线测试仪软件 USB.ARINC429总线测试仪软件设计工作主要是 上层鹿用程序 总线测试仪动态连接库(DLL)的设计和开发,用以封 ]【 装底层硬件控制和通信协议,封装USB接口,为上层 总线测试仪动态连接库(DLL) 应用程序提供应用程序接口(API)。使用Visual C++ 1 r ■ 6.0作为动态连接库开发工具,上层应用程序既可以 FTD2XX.DLL FTD2XX.SYS 使用显式调用方法,也可以使用隐式调用方法。 (FTD[提供的DLL和驱动程序) 图4为软件系统体系结构图,开发的动态连接库 ][ Win98/ME/2000/XP USB驱动程序 通过调用bq?DI提供的DLL,与USB接口芯片 " F'l ̄45AM进行通信。以下主要介绍软件系统(即动态 USB接口芯片FT245AM 连接库)设计方案、数据结构和应用程序接口调用流 程等内容。 图4软件系统体系结构围 3.1软件系统结构 软件系统设计解决了底层接口(USB总线驱动程序)、上层用户应用程序(二次开发软件)和本软件 (动态连接库)的相互关系,从总体的角度为软件开发 用户应用程序 提供方案。图5为总线测试仪动态连接库的软件流 数据 T暑蓄 霎箨:呈 喜 件、 程结构,各层之间采用事件的方式进行握手通信,数 总线测试仪动态连接库 据的交流采用双缓冲或环形队列的方式;软件系统中 发送数据线程 的事件包括包接收事件、包溢出事件、包出错事件和 (环形队列模式)l I I.”I l l (环形队列模式) 定时事件等。 】[ 动态连接库可同时支持l6个总线测试仪,为每 ? l I ■___●。一‘---●一 个总线测试仪对应3个线程:接收线程、包分析线程 【域缓冲梗式)l l ,、 ll 和发送线程。接收线程采用双缓冲方式,读人USB驱 Il 数据、事件 {.,  动程序中的数据并将数据保存到双缓冲中;每个接收 FTDI提供的DLL和驱动程序 线程可同时接收4路ARINC429数据。包分析线程将 接收线程的缓冲数据进行数据包解析,再将其打包成 图5软件流程结构图 约定的包格式,放到环形队列中,然后向应用程序发 送接收事件;数据包解析采用有限状态机的方法。发送线程从环形队列中接收数据,打包后发送给USB 总线,总线测试仪从USB芯片读取数据并将其发送到ARINC429总线;每个发送线程可同时发送2路 ARINC429数据。由于ARINC429总线支持2种传输速率,因此需要在发送数据线程中对发送速率进行控 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 陈凯,等:基于USB总线的ARINC429总线测试仪设计 93 制。 3.2数据结构 在ARINC429总线上,数据以32bit或25bit串行字格式传送 。每个字包含1bit校验位;8bit标号 (Labe1),标号定义了飞行数据所属类型,例如属于精度数据、纬度数据等;数据位或以数字(二进制或 BCD编码),或以字母编码,根据Label而区分成不同的域。 32位ARINC429串行数据格式(qt 1先发送) 功能 位 功 图6 32位串行数据与WORD1和WORD2的映射关系 在ARINC429芯片DEI1016中,ARINC429总线上的串行数据被格式化为2个16bit的字(WORD1和 WORD2),图6说明了32bit串行数据与WORD1和WORD2的映射关系。其中标号的8bit数据位位置颠 倒。为了便于用户的二次开发,并考虑到当前的多数计算机都为32bit,把数据结构均设置为32bit。分为 ZY_429BUS一_32和ZY_429一DATA_32结构。ZY 429 ZYH_429 Op衄D 盯(…) 一BUS32描述实际的ARINC429总线的32bit串行数 据格式,ZY_429一DATA一32描述ARINC429接口芯片 转换器1/ …..、\ 接墟强 创建接收线程、错误事件监视线程:创 (WORD1和WORD2)的32bit串行数据格式;并且在 建接收事件、发送完成事件、出错事件; 软件中开发了数据格式转换函数,方便数据格式的相 设置通道标号使能;复位转换器; ZY429__OpcnDcvi ̄c(…) 互转换。 ZY_429 1nitDeviec(…) ZY_429 R ̄(…) 3.3应用程序接口调用流程 应用程序接口调用流程如图7所示,说明了上层 设置寄存器 z ,29 selw L哪h(…)数据字长 应用程序如何调用动态连接库应用程序接El。使用 z 429 sctIDapMod。(・・●环路模式 zY 429_sa ̄te(…) 接收速率 ZY_429一OpenDriver(…)打开总线测试仪动态连接 zY …) 发送速率 库;应用ZY_429一OpenDevice(…)和ZY_429一InitDe— zY429__saPaitr(…) 奇偶校验 vice(…)打开并初始化总线测试,并且创建相关的线 写入数据 程和事件;由ZY_429一Reset(…)复位总线测试仪。 zY_429-wr 州…) ZY 429 WritcDtt.1Za ̄k(…) 初始化之后需设置总线测试仪功能:ZY_429一Set— WordLength(…)设置ARINC429总线数据字长;ZY一 个 429SetLoopMode(…)设置环路模式;ZY一429一Set- 根据接收事件读取数据 一RxRate(…)设置接收速率;ZY_429一SetTxRate(…)设 停止各线程,清空各句柄 置发送速率;ZY_429一SetParity(…)设置奇偶校验方 z 429 a∞eD 《…) 、\式。 ▲ / 用户应用程序使用ZY一429一WriteData(…)向某 ZY 429 CloseDriwr(…: 路总线或2路总线写入lbyce的数据,也可以使用zY 圈7应用程序接口调用流程图 维普资讯 http://www.cqvip.com

飞行器测控学报 第25卷 _429一WriteDataBlock(…)向某路总线或2路总线写入字块,总线测试仪驱动程序发送线程将发送写入的 数据。 应用程序接收线程的数据接收流程为:动态连接库接收线程和包分析线程接收和分析来自测试仪硬 件的数据包,并向应用程序发送接收事件。应用程序使用ZY_429一GetRecvStatus(…)获得4路接收状态 掩码;ZY_429一ReadData(…)和ZY_429一ReadDataBlock(…)读取指定通道数据;读取完成后,函数zY一 429_ReadFinish(…)表示接收事件已经处理完成。 操作完成后,由zYj29一CloseDevice(…)关闭总线测试仪,ZY_429一CloseDriver(…)关闭动态连接库。 4 结束语 本文在充分研究ARINC429总线和USB总线的基础上,详细阐述了USB—ARINC429总线测试仪总体 系统结构,硬件系统设计方案,软件的系统结构和设计。经过测试,总线测试仪完全符合设计要求。测试 仪以其灵巧便携的特点,满足了某型航空电子设备测试特别是在外场测试时的测试需求,比原有的ISA卡 测试设备具有明显的优点。总线测试仪具有通用性,可以推广到其他ARINC429总线测试设备中。为了 使总线测试仪具有更多的应用空间,需要进一步开发和丰富上层应用软件。 参考文献 [1] 曲密锋.USB接[IJ芯片Ff245AM的原碰及在航空ARINC429总线测试仪中的应用[J].围外电子元器件,2003,(9):41-44. 1,,,,’ ●' ,',,’’,'●,lit-,,,●'',,’,'''.1l,,’,,●●,,,’' lt"',,●,’●●●,,●’,’'●,,, ,●●,●●,'',,,,, ●● 出妇 斯 i简 讯l 带带币带 俄罗斯通信卫星受意外撞击失灵 由于遭受不明来源的“意外”撞击,2006年3月29日俄罗斯静地轨道通信卫星“快车一AMt1”(Ex— press—AM11)失灵。俄罗斯卫星通信集团(RSCC)3月30日称,卫星正在向废弃轨道移动,随后星载温度 计显示卫星失控。 卫星于莫斯科时间3月29日6时55分突然失灵。集团在声明中指出,依据遥测信息显示,由于突然 遭受的外部撞击,热控系统流体线路瞬间降压,随后载热体突然破裂。结果导致卫星离位、旋转。 俄罗斯卫星通信集团发言人称,卫星热控线路破裂意昧着卫星无法控制温度。卫星必需尽快离开轨 道,避免成为36000km静地轨道的威胁。目前集团地面小组可以控制卫星,为了防止这个垃圾卫星造成 不幸的结果,已经采取措施准备将卫星从东经96.5。移至处置轨道。 俄罗斯卫星通信集团的“快车一AMt1”通信卫星于2004年4月发射,定位于东经96.5。。卫星由主 承包商俄罗斯NPO PM公司建造,电子载荷由法国和意大利的阿卡特尔・阿莱尼亚公司提供。卫星携带 26个C波段与4个Ku波段转发器,预计运行寿命l2年。 俄罗斯卫星通信集团称,俄罗斯政府卫星通信任务已经转交给公司位于东经80。、103。、140。的其他卫 星,大多数商业通信业务也已转移。 (胡琼静供稿) 

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