基于HI-8282 的DITS 總線收發(fā)系設(shè)計與實現(xiàn)

■ 史健康 李鈺歌/法荷航空附件服務(wù)（上海）有限公司

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，航空業(yè)逐漸發(fā)展壯大，航空業(yè)發(fā)展的同時帶來了航空通信技術(shù)的進步與發(fā)展。作為航空通信技術(shù)中不可或缺的重要角色，DITS總線從誕生之初便被廣泛應(yīng)用于飛機各個系統(tǒng)中，且因其穩(wěn)定和抗干擾的特點，在某些新開發(fā)的航電設(shè)備中也得到了應(yīng)用。

正是因為DITS 總線規(guī)范在航電設(shè)備中的大量應(yīng)用，在航空部件測試過程中不可避免地需要使用符合該規(guī)范的設(shè)備與航空部件進行通信。但現(xiàn)有的DITS 通信設(shè)備價格昂貴，且軟硬件技術(shù)保密，無法用于某些航電測試設(shè)備的開發(fā)。為了解決這個問題，需要開發(fā)一種全新的DITS 總線收發(fā)系統(tǒng)，用于實現(xiàn)與航電設(shè)備的通信功能。

1 DITS 總線介紹

DITS（Digital Information Transport System）協(xié)議的全稱為數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)，最早由美國航空電子工程委員會于1977 年7 月提出，于同年同月發(fā)表并獲得批準(zhǔn)使用，是目前民用航空領(lǐng)域使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。該總線還有另一個廣為人知的名稱，即ARINC 429 總線。因抗干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等突出特點，該總線系統(tǒng)在目前主流機型的航電設(shè)備中被大量用于系統(tǒng)交互、信息傳輸和指令控制。

DITS 總線是一種單向傳播總線，可以由一個設(shè)備發(fā)送，多個設(shè)備接收，類似于一種廣播式傳輸。其傳輸介質(zhì)主要使用屏蔽雙絞線，傳輸速率有高速和低速兩種，高速時位速率為100kb/s，低速時位速率在12 ～14.5kb/s，設(shè)定速率后的位速率的誤差范圍應(yīng)在1%之內(nèi)。高速和低速信號不能在同一條傳輸總線上傳輸。DITS 總線使用雙極性歸零碼，高電平為+6.5 ～+13V，零電平為-2.5 ～+2.5V，低電平為-6.5 ～+6.5V。

DITS 總線使用32 位的數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)字的格式通常如圖1 所示，包含標(biāo)號位LABEL、源終端識別碼SDI、數(shù)據(jù)組、符號狀態(tài)矩陣位SSM 和奇偶校驗位P。

圖1 DITS總線數(shù)據(jù)格式

在這32 位的數(shù)據(jù)字中，LABEL 用八進制表示，主要用于標(biāo)識數(shù)據(jù)類型，即反映該數(shù)據(jù)來自哪一個飛機系統(tǒng)；SDI 用于標(biāo)識數(shù)據(jù)的目的地或起源地；數(shù)據(jù)組即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，一般用BCD 碼或者BNR 碼標(biāo)識，當(dāng)數(shù)據(jù)位超過19 位時會使用SDI 或者SSM 區(qū)域；SSM 用于描述傳輸?shù)臄?shù)據(jù)性質(zhì)；P 用于檢查發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有效。

由上述DITS 總線的簡介可知，收發(fā)設(shè)備需要滿足該通信規(guī)范的難度較高，目前該類收發(fā)設(shè)備主要是通過FPGA 實現(xiàn)，當(dāng)然也有少部分是通過定制化的芯片實現(xiàn)的。為了降低開發(fā)難度，節(jié)約后期維護成本，該收發(fā)系統(tǒng)使用了HOLT 公司生產(chǎn)的DITS 收發(fā)芯片HI-8282 以及HI-8585。

2 HI-8282 以 及HI-8585 芯 片 簡介

HI-8282 是HOLT 公司生產(chǎn)的一種支持DITS 總線協(xié)議的串行收發(fā)芯片，用于將DITS 串行數(shù)據(jù)總線連接到16 位并行數(shù)據(jù)總線，提供了兩個接收器和一個獨立的發(fā)射器。接收器輸入電路和邏輯的設(shè)計符合DITS 的加載、電平檢測、定時和協(xié)議規(guī)范。發(fā)送器部分提供DITS 通信協(xié)議，需要使用Holt HI-8585或HI-3182 等外部線路驅(qū)動器將5V 邏輯輸出轉(zhuǎn)換為DITS 驅(qū)動電平。

每個獨立的接收器以10 倍于數(shù)據(jù)速率的采樣率監(jiān)控數(shù)據(jù)流。采樣率可通過軟件選擇為1MHz 或125kHz。奇偶校驗的結(jié)果作為第32 個ARINC 位可用。HI-8282 檢查空值和數(shù)據(jù)時序，并拒絕錯誤模式。例如，選擇125kHz 時鐘時，數(shù)據(jù)頻率必須介于10.4kHz 和15.6kHz之間。該芯片接收功能簡圖如圖2所示。

圖2 HI-8282接收功能簡圖

發(fā)送器有一個先進先出（FIFO）存儲器，用于存儲8 個ARINC 字進行傳輸。發(fā)送器的數(shù)據(jù)速率可通過軟件選擇，通過將主時鐘CLK 除以10 或80 得到。主時鐘用于在所需分辨率內(nèi)設(shè)置ARINC傳輸?shù)臅r序。該芯片發(fā)送功能簡圖如圖3 所示。

圖3 HI-8282發(fā)送功能簡圖

HI-8282 芯片具有如下特征：

1）符合ARINC 429 規(guī)范；

2）16 位并行數(shù)據(jù)總線；

3）接收接口可直接接收ARINC 429 數(shù)據(jù)；

4）10 倍數(shù)據(jù)速率的時序控制；

5）可選擇的數(shù)據(jù)時鐘；

6）拒絕接收不符合ARINC 429 規(guī)范的信號；

7）自動發(fā)射機數(shù)據(jù)定時；8）自檢模式；

9）奇偶校驗功能；

10）低功率、單5V 電源。

HI-8585 是HOLT 公司生產(chǎn)的一種驅(qū)動芯片，該芯片可以將HI-8282 輸出的邏輯電平轉(zhuǎn)換為DITS 驅(qū)動電平。該芯片使用內(nèi)置的帶隙基準(zhǔn)將TTL 電平轉(zhuǎn)換為符合DITS 標(biāo)準(zhǔn)的電平，并可通過改變其邏輯輸入的方式控制差分信號輸出的斜率，即DITS 信號的位速率。

HI-8585 芯片具有如下特征：

1）采用小封裝的直接ARINC 429線路驅(qū)動器接口；

2）具有用于設(shè)置輸出電平的片上帶隙基準(zhǔn)；

3）具有片上線路驅(qū)動器斜率控制和可通過邏輯輸入選擇功能；

4）使用低電流，12 ～15V 電源，功耗低；

5）電平邏輯采用CMOS/TTL 邏輯。

HI-8585 芯片功能如表1 所示。

表1 HI-8585功能表

3 DITS 總線收發(fā)系統(tǒng)硬件設(shè)計

DITS 總線收發(fā)系統(tǒng)由MCU 控制處理單元以及429 接口單元組成。其中，MCU 控制處理單元主要負(fù)責(zé)接口芯片驅(qū)動、上位機指令解碼、ARINC 429發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、ARINC 429 接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能；429 接口單元主要負(fù)責(zé)2 路ARINC 429 數(shù)據(jù)接收，1 路ARINC 429數(shù)據(jù)發(fā)送功能。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖4 所示。

圖4 DITS系統(tǒng)硬件原理框圖

MCU 控制處理單元使用ATMEL公司生產(chǎn)的ATmega2560 芯片作為主控芯片，該單片機可以與HI-8282 芯片進行連接并充分調(diào)用其功能。

ATmega2560 單片機是一種低功耗的8 位單片機，采用AVR 的增強版RISC 指令集，使用16MHz 的外置無源晶振，其外圍輸入輸出接口豐富，可以滿足本系統(tǒng)的硬件要求。ATmega2560芯片相關(guān)電路設(shè)計如圖5 所示。

圖5 ATmega2560相關(guān)電路原理圖

429 接口單元采用HI-8282 芯片與HI-8585 芯片進行設(shè)計。其中，HI-8282是主要的控制接口芯片，其功能包括2路ARINC 429 輸 入，1 路ARINC 429輸出。輸出部分使用HI-8585 芯片驅(qū)動，將HI-8282 產(chǎn)生的TTL 電平信號轉(zhuǎn)換為符合DITS 規(guī)范的信號。HI-8282 芯片使用1MHz 有源晶振提供工作時鐘信號。相關(guān)電路圖如圖6 所示。

圖6 DITS接口電路圖

4 DITS 總線收發(fā)系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)HOLT 公司提供的HI-8282 芯片的數(shù)據(jù)手冊，可以獲得該型接口芯片的控制方式，本文將從發(fā)送和接收兩個方面詳細(xì)闡明HI-8282 芯片的單片機控制程序流程。

當(dāng)單片機接收到指令需要發(fā)送ARINC 429 數(shù)據(jù)時，首先，檢測TX/R引腳是否為高電平，若為高電平，則代表發(fā)送存儲器內(nèi)無數(shù)據(jù)，發(fā)送可以繼續(xù)；若不是高電平，則需要等待發(fā)送存儲器清空，方可進行下一輪發(fā)送。之后，單片機將ENTX 引腳電平置為低電平，此時數(shù)據(jù)發(fā)送停止；再將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)低位裝載到16 位數(shù)據(jù)總線上，將PL1 置為低電平，PL2 置為高電平；將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)高位裝載到16 位數(shù)據(jù)總線上，將PL1 置為高電平，PL2 置為低電平。此時，可查詢TX/R 引腳的狀態(tài)，若為低電平，則代表待發(fā)送數(shù)據(jù)已經(jīng)裝載到存儲器中，將ENTX 引腳切換為高電平狀態(tài)，數(shù)據(jù)就可以發(fā)送出去。HI-8282 的發(fā)送存儲器可以裝載8 個32 位的數(shù)據(jù)，并且采用的是先進先出的原則。DITS 總線收發(fā)系統(tǒng)具體軟件流程如圖7所示。

圖7 發(fā)送軟件流程圖

當(dāng)HI-8282 的接收通道1 接收到數(shù)據(jù)時，芯片將DIR1 置為低電平，通道2 也是同樣的原理。如果想要接收通道1 的信號，可以將SEL 置為低電平，再將EN1 置低電平，EN2 置高電平，便可以通過數(shù)據(jù)總線得到低16 位的數(shù)據(jù)；之后，將SEL、EN1 置高電平，將EN1置低電平，便可以通過數(shù)據(jù)總線得到高16 位的數(shù)據(jù)。通過這個過程，便可以將通道1 接收到的數(shù)據(jù)從芯片提取到單片機中。通道2 的控制也與通道1 類似，只不過控制的引腳與通道1 有區(qū)別，在此不再贅述。DITS 總線收發(fā)系統(tǒng)具體軟件流程如圖8 所示。

圖8 接收軟件流程圖

需要注意的是，由于該芯片接收和發(fā)送使用的是相同的引腳，即BD00-BD15，這些引腳是具有輸入輸出功能的，所以在單片機程序控制時，需要注意對單片機接口輸入輸出模式的控制，在對應(yīng)的操作之前必須提前設(shè)置單片機引腳模式，否則可能損壞單片機以及HI-8282 芯片。

5 結(jié)束語

通過對DITS 總線收發(fā)系統(tǒng)的回環(huán)測試，本文所述設(shè)備可以實現(xiàn)2 路DITS 接收以及1 路DITS 發(fā)送功能，并且支持兩種位速率的傳輸方式。通過對發(fā)送信號波形特征的檢測，該系統(tǒng)發(fā)送的波形完全符合DITS 總線規(guī)范。在實際的使用測試之后，該收發(fā)系統(tǒng)可以實時接收航電設(shè)備發(fā)出的ARINC 429 數(shù)據(jù)，且接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

本文使用HI-8282 芯片以及HI-8585 芯片兩種ARINC 429 專用接口芯片，設(shè)計了符合DITS 規(guī)范的收發(fā)系統(tǒng)，為航空部件維修領(lǐng)域相關(guān)問題的處理提供了一種全新的解決方案和設(shè)計思路。經(jīng)過一系列的軟件硬件測試與改進，該系統(tǒng)穩(wěn)定性獲得了大幅度提高。目前，該收發(fā)系統(tǒng)已經(jīng)完成全部驗證工作，正在進行機窗加溫計算機（WHC）、音頻控制面板（ACP）相關(guān)測試軟件的適配工作，通過研究WHC 和ACP 的通信協(xié)議并修改上位機軟件，可以使用DITS系統(tǒng)與待測設(shè)備進行實時通信，實現(xiàn)A320 飛機WHC 以及ACP 的部件測試工作。