基于NIOSII的ARINC429总线接口板设计

　　1 引言

　　随着数字技术和计算机技术的不断发展，越来越多的航空电子设备采用了数字化技术，从而使数字传输成为信息传输的主要途径。ARINC429是航空电子系统中最常见的通讯总线之一，广泛用于波音(Boeing)系列、欧洲空中客车(Airbus)等机种。目前国内机载电子大多采用专用测试设备，系统通用性不高，增加了检测成本。本文介绍的ARINC429接口板设计灵活、工作可靠、有效地节约了成本，可以缓解当前ARINC429设备检测难的窘境，有广阔的应用前景。

　　2 系统总体设计

　　Altera公司在2004年发布了支持CycloneⅡFPGA系列的NIOSⅡ嵌入式微处理器。它是一款通用的RISC结构32位CPU，在软件SoPC的基础上添加NIOSⅡ软核和相应的外围接口。对设计进行综合，下载到FPGA中就可以设计一个具有特定功能的嵌入式处理器。本设计采用Altera公司的FPGA—EP2C35，引人嵌入式软核处理器NIOSⅡ作为系统的主控制器，结合ARINC429专用器件和其他外围设备实现数据的收发功能。

　　ARINC429接口板由数据收发、存储器扩展、监控、PCI总线接口等模块组成。NIOSⅡ控制协议器件HS3282完成发送数据缓存和串并转换(接收时串行转换为并行，发送时并行转换为串行)，HS3182作为3282的驱动器完成差分信号转换及传输速率调节。PC机通过PCI总线与接口板通信，实现对发送、接收数据的处理和显示。NIOSⅡ自带的定时器可以设置为Watchdog。系统上电后启动运行，当主程序因外界干扰产生跑飞时对系统进行软件复位，增强了系统的抗干扰能力。系统整体结构图如图1所示。

　　3 硬件设计

　　3.1 ARINC429总线规范

　　ARINC429总线规范又称MARK33数字式信息传输系统(DITS：Digital Information Transfer System)，它是专用于航空电子系统的航空工业标准，数据通过一对单向、差分耦合、双绞屏蔽线传输，本质属于串行通讯范畴。总线上只允许有一个发送器，但最多允许有20个接收器。数据字有25 bits和32 bits两种，以双极归零码的形式发送。数据脉冲有三种电平，即高电平，逻辑1(6.5 V～13 V);中电平(-2.5 V～2.5 V);低电平，逻辑O(-13 V～6.5 V)。中电平为发送自身时钟脉冲。字与字之间以一定间隔(4位)分开，此间隔作为字同步。ARINC429的传输速率为12.5 kb/s(低速)或者100 kb/s(高速)，传输协议比较简单，属于点对点的传输协议。

　　3.2 HS3282与HS3182接口电路

　　HS3282和HS3182是美国Harris公司推出的高性能CMOS总线接口电路，能够满足ARINC429总线的规范要求及类似的编码定时多路串行数据传输协议。目前，绝大多数ARINC429总线接口电路都由它们来实现。HS3282是由两个接收器和一个发送器组成，接收器和发送器分别独立工作。两个独立的接收器直接与ARINC429总线相连，当接收到一个数据字后产生相应的读请求信号，等待外部命令对数据的读取。发送器主要由先进先出(FIFO)存储器和定时电路组成，FIFO存储器可以保存8个32位数据字，定时电路按照ARINC规范的要求分隔每个Arinc字，并自动产生奇偶校验位。外部提供的工作时钟一般为1 MHz，通过软件控制可以使HS3282的接收和发送模块工作在不同的速率(100kb/s或者12.5 kb/s)，从而使器件的通用性更强。需要注意的是波特率不同时，驱动器HS2182的CA、CB端的外接电容也应该不同，高速传输(100 kb/s)时，CA、CB端应该外接75 pF的电容，低速传输(12.5 kb/s)时，CA、CB端则应外接300 pF的电容。HS3282和HS3182的连接示意图如图2所示。