基于HI-3593的ARINC429总线接口设计

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

信Q与电1B
China Computer&Communication
网絡与通信孜术2021年第5期基于HI-3593的ARINC429总线接口设计
张杰侯大勇刘光明
(苏州长风航空电子有限公司,江苏苏州215151)
摘要:ARINC429总线具有结构简单、性能稳定、传输可靠、抗干扰能力强等特征.在需要高可靠性、高集成度设计的应用领域,可以采用SPI接口的ARINC429协议芯片HI-3593实现数据协议处理,与ARM处理器完成ARINC429总线数据收发功能.基于此,笔者围绕该系统架构分析了各部分的功能,并对硬件接口进行了详细设计.
关键词:ARINC429协议芯片;ARM处理器;SPI接口
中图分类号:V243文献标识码:A文章编号:1003-9767(2021)05-216-03
Design of ARINC429Bus Interface Based on HI-3593
ZHANG Jie,HOU Dayong,LIU Guangming
(Suzhou Changfeng Avionics Co.,Ltd.,Suzhou Jiangsu215151,China)
Abstract:The ARINC429bus has the characteristics of simple structure,stable performance,reliable transmission,and strong anti-interference ability.In application areas that require high reliability and high integration design,the ARINC429protocol chip HI-3593with SPI interface can be used to realize data protocol processing,and the ARINC429bus data transceiver function can be completed with the ARM processor.Based on this,the author analyzes the functions of each part around the system architecture,and designs the hardware interface in detail.
Keywords:ARINC429protocol chip;ARM processor;SPI interface
0引言
ARINC429总线在当代的战斗机、运输机和民航客机中有着广泛的应用。

ARINC429协议芯片HI-3593是提供ARM 处理器与ARINC429总线之间接口的一款CMOS集成电路,具有数据收发功能[1-5]o HI-3593使用一个SPI(串行外围接口)接口让ARM处理器访问其内部寄存器和数据FIFO。

SPI协议规定了主机和从机的操作,HI-3593作为一个SPI从机进行操作。

该器件引脚外接不同的输入电阻和输出电阻都可以有效工作,使得采用外部避雷防护电路时具有较高的灵活性。

1系统架构概述
1.1总线拓扑架构
ARM处理器与两个ARINC429协议芯片HI-3593构成总线拓扑架构。

如图1所示,ARM处理器通过多个片选信号(SSI、SS2)分别控制多个从设备。

每个从设备都需要单独的片选信号,主设备每次只能选择其中一个从设备进行通信。

因为所有从设备的SCK、MOSI、MISO信号都是连在一起的,未被选中的从设备的MISO信号要为高阻状态以避免数据传输错误皿。

|HI-3593协议芯片||HI-3593协议芯片|
图1ARM处理器以片选方式控制多个从设备
1.2ARM处理器简介
处理器选用意法半导体的ARM处理器STM32F103RB o 该处理器使用高性能的32位RISC内核Cortex-M3,最高工作频率为80MHz,内置1个高性能计时器、3个通用计时器、2个SPI串行外围接口,拥有ARINC429协议处理功能。

该处理器是一个低功耗的处理器平台,能够提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。

处理器集成了丰富的外设配置,适合于无人机飞控、电机驱动等多种应用场景。

作者简介:张杰(1984-),男,江苏淮安人,本科,高级工程师。

研究方向:机载座舱显示控制技术。

信IB与电腐
China Computer&Communication㈣辂与通信牧术2021年第5期
1.3ARINC429协议芯片简介
ARINC429协议芯片选用HOLT公司的HI-3593。

HI-3593是用于提供处理器与ARINC429总线之间接口的一款CMOS集成电路,拥有ARINC429总线数据收发功能。

HI-3593是一个能够提供SPI接口的ARINC429集成电路,包括两个接收器与一个发送器。

每个接收器均带有可识别出256种标签组合可能性的用户可编程标识,还包括32x32接收FIFO、三个优先级标签快速存取双缓冲寄存器以及模拟线路接收器。

独立的发送器部分则包括一个32x32^FIFO和内置线路驱动器。

内置线路驱动器采用3.3V单电源供电,包含一个DC/DC转换器,用于产生双极性ARINC429差分电压,能够直接驱动ARINC429总线。

波特率可以设置为100Kbps或12.5Kbps,能够满足ARINC429总线接口波特率的配置需求,保证解析的数据位数与信号源保持相同。

2硬件电路设计方案
2.1硬件电路原理框图
硬件电路由ARM处理电路、ARINC429处理电路、电源转换电路与接口保护电路等组成,原理框图如图2所示。

图2硬件电踣原理框图
采用一颗ARM处理器作为核心器件,并围绕它设计ARINC429接口电路,以实现ARINC429总线通讯功能。

ARINC429总线通信接口采用高集成度的ARINC429协议芯片HI-3593,利用该协议芯片能够实现ARINC429信号的协议解析与电平转换。

2.2ARM处理电路
ARM处理器拥有3个SPI接口。

SPI接口定义了4根信号线,分别为串行时钟SCK、主发从收信号MOSI、主收从发信号MISO和片选信号SSo SPI总线定义了两个及以上设备间的数据传输,提供时钟的设备为主设备,接收时钟的设备为从设备。

其中,MISO方向为从设备到主设备,其余3个信号均为主设备到从设备。

在主设备SCK的控制下,待传输数据由各自设备的数据寄存器传输到移位寄存器,再通过MOSI和MISO信号线完成主从设备间的数据交换。

2.3ARINC429处理电路
2.3.1ARINC429协议芯片简介
ARINC429协议芯片选用HOLT公司的HI-3593,HI-3593使用SPI接口让ARM处理器访问其内部寄存器和数据FIFO。

SPI串行通信通过芯片选择(SS)引脚开启,经由三线接口对其访问。

该三线接口由来自ARM处理器的串行数据输入(MOSI)引脚、送给主机的串行数据输出(MISO)引脚和串行时钟(SCK)引脚构成。

SPI接口减少了ARINC429协议芯片与ARM处理器交联接口信号的数量,与ARM处理器的4个SPI专用管脚进行连接。

SPI和控制信号均兼容CMOS和TTL电平,并支持3.3V工作电压。

HI-3593将ARINC429总线协议应用于接收器和发送器。

ARINC429数据总线通过1MHz的时钟输入确定时序,该1MHz的时钟也可以通过内部计数器对高时钟频率进行分频处理后产生。

2.3.2SPI复位和中断
HI-3593通过主复位(MR)引脚或在软件控制下通过执行SPI操作码0x04进行初始化。

主复位MR信号必须持续1S的高脉冲使内部电路处于完全复位状态。

软件复位会清除3个FIFO和6个优先标签信箱,但不会影响存储在过滤器内存、优先级标签匹配寄存器或其他可写寄存器中的值。

发送和接收状态寄存器会显示软件复位后的设备状态。

SPI 的中断向量和优先级因设备而异。

2.3.3时钟频率选择
为了校正ARINC429数据传送和接收的速率以及位时序,HI-3593发送和接收逻辑需要一个1MHz±1%的参考时钟源。

时钟在ACLK引脚输入且必须是1MHz或1~30MHz 的偶数倍频率。

若要使用高于]MHz的时钟源,ACLK分频寄存器必须设置适当的缩放比例值。

ACLK分频寄存器的最低有效位被固定为“0”,所以只允许设置偶数值,并且最大值被限制为0xlE o ACLK分频寄存器在主复位MR后被清除为0x00,但不会受到软件复位影响。

当分频寄存器设定为0x00时,ACLK分频系数为1,此时应在ACLK引脚施加1MHz时钟。

ACLK分频寄存器通过SPI操作码0x38进行加载,通过SPI操作码0xD4进行读取。

2.3.4内置DC/DC转换器
内部双极性电荷泵需要4个外部电容。

在转换器的正极,外部泵电容CFLY放置在CP+引脚和CP-引脚之间,输出保持电容COUT放置在V+和GND之间。

同理,转换器的负极以一个相似的工作方式,将CFLY和COUT分别放置在CN+弓I脚与CN-引脚、V-与GND之间。

2.3.5ARINC429接收器
HI-3593拥有两个完全独立的ARINC429接收通道,每个通道都包含一个片内模拟线路接收器用于连接ARINC429输入数据总线。

HI-3593可对带有±30V内共模电压的ARINC429信号电平加以识别。

在设计容限电压范围内可以
信Q与电1B
China Computer&Communication
网絡与通信孜术2021年第5期
确保检测到信号电平,如果信号电平超出差分电压范围以外,HI-3593接收器将拒绝接收该数据。

接收器的奇偶校验可以通过设置接收控制寄存器PARITY位来控制开启与关闭。

当接收控制寄存器PARITY 位为“0”时,不进行奇偶校验。

当接收控制寄存器PARITY 位为T”时,进行奇偶校验,奇偶校验电路就会对包括奇偶校验位在内接收到的数据位进行计数。

如果计数结果是一个奇数,则将“0”储存在第32位,并覆盖之前接收到的奇偶校验位,表明奇偶校验位检查通过。

如果计数结果是一个偶数,那么第32位将被覆盖为“1”,表明奇偶校验位检查未通过。

2.3.6ARINC429发送器
HI-3593会产生双极性ARINC429差分电压直接驱动ARINC429总线。

两个ARINC429输出(TXAOUT和TXBOUT)提供差分电压以产生+10V、-10V和0V的双极性归零码信号。

发送控制寄存器RATE位可以同时控制发送数据的速率和差分输出信号的斜率,无须额外硬件来控制信号的斜率。

当设置发送控制寄存器RATE位为“0”时,ARINC429输出信号的斜率为1.5ns,数据传输速率为100kbit/so当设置RATE位为“1”时,ARINC429输出信号斜率为10“s,数据传输速率为12.5kbit/so输出信号斜率由芯片内部的电阻和电容设定。

在下一个空闲的FIFO位置,SPI操作码0x0C将各个ARINC429字写入FIFOo如果发送状态寄存器的TFEMPTY 位等于“1”(即FIFO为空),则可以加载多至32个字,每个字32位。

如果发送状态寄存器的TFEMPTY位等于“0”,则仅可以载入空闲的位置。

如果32个位置已满,则发送状态寄存器TFFULL位生效,此时加载数据将被发送FIFO忽略,直到至少有_个ARINC429字被传输。

2.4电源转换电路
电源转换电路使用线性稳压器ADM7172将外部+5V电压转换成+3.3V电压,提供给ARM处理器与ARINC429处理电路。

ADM7172低噪声线性稳压器提供了一套面向低噪声应用的电源管理解决方案,芯片内置软启动、过温保护及欠压锁定等模块,用于保证芯片正常工作。

ADM7172最大带载电流可达到2A,通过配置片外电阻可调整输出电压。

2.5接口防护电路
ARINC429信号接口防护的主要方法是在电路上并联可迅速吸收高能量浪涌的器件,将能量浪涌引入机壳地,同时将电路上的电压钳制在安全区域,以起到保护机载电子设备的作用。

TVS管为一种高性能电路保护器件,具备极短的纳秒级反应时间和极高的浪涌吸收能力,当其两端经受瞬间高能量冲击时,TVS管能以纳秒级速率将两端阻抗由高变低,可吸收瞬间大电流,从而将两端电压钳制在预定数值上,使电子电路中的精密元器件有效避免浪涌脉冲的破坏。

TVS管具有反应速度快、击穿电压偏差小、漏电流小等特征,是电子设备过电压保护的首选器件。

ARINC429信号的接口防护选用BOURNS公司的SMLJ18CA,能够有效保护接口电路。

3结语
采用SPI接口的ARINC429协议芯片实现数据协议处理,与ARM处理器配合使用,就可以完成ARINC429数据通信功能。

该电路设计架构简单,提高了电路设计可靠性,可推广使用。

参考文献
[1]赵宗红,王大明.基于Cortex-M3的ARINC429总线协议
转换模块的实现[J].机械与电子2013(2):61-63.
⑵邓智敏,张军.基于HS3282的ARINC429总线通讯卡的
设计与应用[J].计算机测量与控制,2004,12(5):476-479. [3]苏奎峰,吕强,耿庆锋,等.TMS320F2812原理与开发[M].
北京:电子工业出版社,2005.
[4]斯比策.数字航空电子技术[M].北京:航空工业出版
社,2010.
⑸郑玉.USB-ARINC429总线通信接口的设计[D],成都:电
子科技大学,2009.
[6]黄金新.USB-ARINC429通讯接口卡软件设计[D].成都:
电子科技大学,2009.
[7]丛伟,于宏坤,刘安.基于USB接口的军用总线通信模块
的设计与实现[J].火力与指挥控制,2010,35(10):163-165.
[8]王瑞敏,苗克坚,王亚妮.基于ARM微处理器的
ARINC429接口板软件设计[J].计算机工程与设计,200&29(21):5471-5473.
[9]史国庆,高晓光,吴勇,等.基于PCI总线的ARINC429
总线接口板硬件设计与实现[J].计算机测量与控制,2010,18(1):128-129,164.
[10]何憑,李睿.基于FPGA的ARINC429总线嵌入式接口
板的设计与实现[J].计算机测量与控制,2014(6):1956-1959.。

相关文档
最新文档