引言
ARINC429總線廣泛應用于商務運輸航空領域，如空中客車A310/A320、A330/A340飛機，波音公司727、737、747、757和767飛機，麥道公司MD-11飛機等。它采用異步雙極性歸零碼進行數(shù)據(jù)的編碼，并通過雙絞線傳輸，具有很強的抗干擾性能。目前市場上的ARINC429總線接口設計一般都采用專用接口芯片，如Device Engineering公司的DEI-1016，INTERSIL公司的HS-3282等，這些專用芯片價格昂貴，且路數(shù)有限，使用非常不靈活。本設計將ALTERA公司的FPGA芯片應用于ARINC429標準數(shù)據(jù)傳輸，并完成了與計算機USB接口的通信，有效縮小了系統(tǒng)體積并降低了成本，同時也增加了系統(tǒng)配置的靈活度。
ARINC429總線數(shù)據(jù)
ARINC429數(shù)據(jù)總線協(xié)議規(guī)定一個數(shù)據(jù)字由32位組成，以脈沖形式發(fā)送，采用雙極性歸零碼，碼速率為12.5kb/s或100kb/s。電氣特性為：高電平(+10V)為邏輯1；低電平(-10V)為邏輯0；0電平(0V)發(fā)送自身時鐘脈沖，字與字之間以一定間隔(不少于4位)分開，以此間隔作為字同步。一個32位的數(shù)據(jù)字由五部分組成：標志位(LABEL)，用于標識傳輸數(shù)據(jù)的信息類型；源/目的標識碼(S/D)，用于判斷在一個多系統(tǒng)中的源系統(tǒng)；數(shù)據(jù)區(qū)(DATA)；符號/狀態(tài)位(SSM)，用于標識數(shù)據(jù)字的特征或數(shù)據(jù)發(fā)生器的狀態(tài)；奇偶校驗位(PARITY)，ARINC429數(shù)字信息傳輸使用奇校驗。
FPGA內(nèi)部邏輯設計
根據(jù)ARINC429總線協(xié)議，要完成數(shù)據(jù)的收發(fā)以及對USB總線接口的邏輯控制， FPGA 芯片應完成的邏輯功能框圖如圖1所示，其中虛線框中是FPGA實現(xiàn)的部分。
發(fā)送器
發(fā)送器結(jié)構(gòu)如圖2所示，由緩沖存儲器、信號發(fā)生器和發(fā)送控制邏輯三部分構(gòu)成，用于將來自總線接口通信模塊的32位429格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成調(diào)制前的兩路串行數(shù)據(jù)，即圖2中TTL0和TTL1。其中使用緩存是為了提高數(shù)據(jù)傳輸速度，用戶向緩存寫進想要發(fā)送的多個32位數(shù)據(jù)字后，就可以通過entx信號控制數(shù)據(jù)從緩存連續(xù)不斷地讀出，并經(jīng)過信號發(fā)生器轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)后送給總線驅(qū)動電路。在這里，緩存是直接調(diào)用ALTERA提供的LPM_FIFO+宏功能模塊來實現(xiàn)的。
信號發(fā)生器由位計數(shù)器、字間隔計數(shù)器、碼元調(diào)制、移位寄存器以及相應的控制邏輯組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中，位數(shù)計數(shù)器用來控制429數(shù)字字的位數(shù)，字間隔計數(shù)器用于產(chǎn)生字間隔。在本設計中，采用狀態(tài)機來實現(xiàn)信號發(fā)生器的功能，共分3個狀態(tài)：
a）IDLE：初始狀態(tài)，當復位或是發(fā)送完一個32位數(shù)后進入該狀態(tài)，在該狀態(tài)完成字間隔的產(chǎn)生，并用移位寄存器的load信號來鎖存待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并在至少四位字間隔后進入TRANS狀態(tài)，否則等到直到有新數(shù)據(jù)載入。
b）TRANS：進行數(shù)據(jù)的并串轉(zhuǎn)換，同時進行奇偶校驗，即每產(chǎn)生一位串行數(shù)據(jù)就進行一次異或運算，并由位數(shù)計數(shù)器控制計到31時就進入PARITY狀態(tài)。
c）PARITY：輸出奇偶校驗位并回到IDLE狀態(tài)。
碼元調(diào)制是在信號busy的有效區(qū)間內(nèi)，將串行輸出數(shù)據(jù)serial_data與時鐘做邏輯運算得到的TTL0和TTL1（如圖4）送至外部調(diào)制電路，并轉(zhuǎn)換為429總線規(guī)范要求的雙極性歸零信號。其verilog語言描述如下：
always @(busy，clk_tx，serial_data)
begin
if (busy)
begin
TTL1<=serial_data&clk_tx;
TTL0<=~serial_data&clk_tx;
end
else begin
TTL1<=0;
TTL0<=0;
end
end
endmodule
發(fā)送控制邏輯用于協(xié)調(diào)緩存和信號發(fā)生器之間的數(shù)據(jù)傳遞。在緩存非空、busy無效（信號發(fā)生器狀態(tài)機處于TRANS狀態(tài)下busy有效）的條件下，一旦允許轉(zhuǎn)換信號entx有效，便開啟緩存的讀使能rden，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的裝載信號load，以完成緩存數(shù)據(jù)的自動轉(zhuǎn)換和發(fā)送。