基于PCI總線接口卡的ARINC429總線數(shù)據(jù)仿真與采集系統(tǒng)[圖]

ARINC429總線是目前航空電子分各子系統(tǒng)之間最常用的通信總線之一，作為現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)的"骨架",一旦該總線系統(tǒng)或掛接的機(jī)載電子設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸就會出現(xiàn)異常。為了快速診斷及排查故障點(diǎn)，429總線數(shù)據(jù)的仿真發(fā)送及采集顯得尤為重要。本文提出一種基于AEC429-PCI-22/S5總線接口卡的ARINC429總線數(shù)據(jù)的仿真發(fā)送與采集系統(tǒng)，通過與機(jī)載電子設(shè)備點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā)，能夠快速排查出故障設(shè)備，為航空機(jī)載電子設(shè)備的日常維護(hù)和故障診斷提供了一種高效的輔助手段。

ARINC429是一種廣泛應(yīng)用于民用和軍用飛機(jī)的串行數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，是一種單向廣播式數(shù)據(jù)總線，其傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線，調(diào)制方式采用雙極歸零制的三態(tài)碼方式，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。數(shù)據(jù)傳輸采用廣播傳輸原理，按開環(huán)進(jìn)行傳輸，傳輸速率有兩種：高速傳輸率為100kb ps±1%,低速傳輸率為12~14.5 kbps±1%.ARINC429規(guī)范規(guī)定，一個(gè)數(shù)據(jù)字有32位。數(shù)據(jù)字有5種形式：二進(jìn)制補(bǔ)碼(BNR)數(shù)據(jù)、十進(jìn)制(BCD)數(shù)據(jù)、離散數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、AIM(即應(yīng)答、ISO5號字母表和用ISO5號字母表表示的維護(hù)數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)。它們被分為5段，如圖1所示。

圖1 ARINC429總線數(shù)據(jù)格式

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為了內(nèi)外場使用方便，系統(tǒng)采用APOLLO 150便攜式一體工控機(jī)，結(jié)合AEC429-PCI-44總線接口卡，按照航空標(biāo)準(zhǔn)HB6096-86的規(guī)范要求實(shí)現(xiàn)ARINC429總線數(shù)據(jù)的模擬發(fā)送與接收。

AEC429-PCI-22/S5接口卡是北京神州飛航有限責(zé)任公司開發(fā)的一款多功能的ARINC429數(shù)據(jù)輸入和輸出總線接口卡，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，板卡采用PCI總線接口，有2個(gè)接收通道2個(gè)發(fā)送通道，提供中斷和查詢2種接收數(shù)據(jù)的方式，具有定時(shí)發(fā)送和非定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)2種方式，數(shù)據(jù)輸入輸出通過標(biāo)準(zhǔn)DB62連接器。提供若干個(gè)接口函數(shù)，在使用時(shí)只需將公司提供的配套開發(fā)庫文件AEC429C5.dll和AEC429C5.lib添加到應(yīng)用程序目錄中，在應(yīng)用程序中加入頭文件AEC429C5_lib.h即可。

圖2 數(shù)據(jù)接口卡硬件結(jié)構(gòu)圖

將AEC429-PCI-22/S5接口卡的每個(gè)發(fā)送通道和接收通道分別作為總線數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)的的模擬輸入及輸出端口，也可直接與相應(yīng)的檢測設(shè)備相連進(jìn)行總線數(shù)據(jù)通訊，按照ARINC429協(xié)議采用屏蔽雙絞電纜，利用特定的適配器，實(shí)現(xiàn)對機(jī)載電子設(shè)備的指令數(shù)據(jù)的模擬輸入及工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障信息的查詢。由于不同的機(jī)載電子設(shè)備具有不同的通訊協(xié)議及硬件接口，故配合系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)還根據(jù)不同設(shè)備的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了特定的適配器，以滿足多型設(shè)備總線數(shù)據(jù)發(fā)送、采集及故障診斷的需要。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件選用以C#為開發(fā)平臺進(jìn)行開發(fā)，結(jié)合ACCESS數(shù)據(jù)庫根據(jù)特定機(jī)載電子設(shè)備的通訊協(xié)議定制相應(yīng)的發(fā)送及回收總線數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的故障代碼進(jìn)行故障診斷，并利用數(shù)據(jù)庫中預(yù)置的故障查詢系統(tǒng)，檢索并顯示故障信息及排除方法。系統(tǒng)軟件主要由兩大功能模塊組成：系統(tǒng)應(yīng)用軟件及系統(tǒng)管理軟件。系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用對話框形式，通過下拉列框調(diào)用數(shù)據(jù)庫中預(yù)置的機(jī)載電子設(shè)備名稱，利用列表框顯示設(shè)備信息、總線數(shù)據(jù)信息，用戶可對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行人為的二次定制。系統(tǒng)管理軟件主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及檢測記錄的管理，通過該系統(tǒng)可隨時(shí)定制新的通訊檢測設(shè)備數(shù)據(jù)及故障信息，并可對以往操作記錄進(jìn)行查詢。

3.2 總線數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收

AEC429-PCI-22/S5驅(qū)動程序提供了豐富的接口函數(shù)，能滿足用戶對板卡的操作需求；具有良好的兼容性，能適用于多種編程環(huán)境；AEC 429-PCI-22/S5驅(qū)動程序接口函數(shù)按ANSIC標(biāo)準(zhǔn)編寫，以動態(tài)鏈接庫DLL形式提供給用戶。當(dāng)進(jìn)行程序開發(fā)時(shí)，需要引用庫文件：AEC429C5.d ll和AEC429C5.lib,函數(shù)庫頭文件：AEC429C5_lib.h.

以下是429配置字結(jié)構(gòu)：

其中，ParityEn:校驗(yàn)使能位(TRUE:使能校驗(yàn)；FALSE:校驗(yàn)禁止)；EvenParity:校驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x擇 (TRUE:偶校驗(yàn)；FALSE:奇校驗(yàn))；DataBits:數(shù)據(jù)位長度，取值25或32;SCK:429半位采樣次數(shù)，取值范圍12~16;DV:模塊內(nèi)部分頻設(shè)置寄存器，最大取值2047,不能為0.

以下是板卡句柄結(jié)構(gòu)：

板卡提供了兩種數(shù)據(jù)接收方式：查詢方式及中斷方式。為保證接收機(jī)載設(shè)備回傳的相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，在系統(tǒng)中主機(jī)采用中斷的方式進(jìn)行接收，并將接收結(jié)果在上述列表中實(shí)時(shí)顯示，若設(shè)備存在故障，系統(tǒng)自動彈出設(shè)備的相關(guān)故障信息。

要實(shí)現(xiàn)AEC429-PCI-22/S5接口卡的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，需要首先對板卡進(jìn)行初始化，圖4(a)是板卡初始化的程序框圖。

圖4 板卡初始化、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送程序框圖

系統(tǒng)采用中斷方式接收機(jī)載電子設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，將板卡預(yù)置的函數(shù)AEC429C5_RxIntEnable入口參數(shù)Enable置為TRUE,即可進(jìn)行中斷方式的數(shù)據(jù)接收。圖4(b)是板卡數(shù)據(jù)中斷方式接收子程序框圖。

為保證各通道獨(dú)立控制，發(fā)送數(shù)據(jù)采用非定時(shí)方式，當(dāng)發(fā)送按鈕按下即發(fā)送預(yù)設(shè)的總線數(shù)據(jù)。將板卡預(yù)置的函數(shù)AEC429C5_EnableTimerMode的入口參數(shù)Enable置為FALSE,即可進(jìn)行非定時(shí)方式的數(shù)據(jù)發(fā)送。如圖4(c)所示為板卡非定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)子程序框圖。

4.結(jié)論

ARINC429是航空電子系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的通信標(biāo)準(zhǔn)，基于PCI板卡的仿真與發(fā)送系統(tǒng)，較之傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)，功能更強(qiáng)大，而且具有更好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。經(jīng)測試，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，可靠性高，可滿足機(jī)載電子設(shè)備檢測及維護(hù)的需要。