基于LabWindows/CVI開發環境實現ARINC429信號的仿真和測試

ARINC429總線是美國航空無線電公司（ARINC）制定的航空數字總線傳輸標準，定義了航空電子設備和系統之間相互通信的一種規范。隨著國內航空業的發展，ARINC429總線的應用日益廣泛，已推廣到許多航空設備中。與此同時在許多航空機載設備的檢測維修中出現了大量對429信號的檢測需求。這就使得對429信號的仿真和測試顯得十分關鍵。本文使用目前市場上技術成熟的基于PCI接口的429收發板卡，以LabWindows/CVI作為軟件開發環境，設計實現了對429信號的仿真和測試，達到了使用個人電腦完成429信號檢測任務的目的。

ARINC429總線簡介

ARINC429協議規定使用雙絞屏蔽線以串行方式傳輸數字數據信息，信息為單向傳輸，即總線上只允許有1個發送設備，可以有多個（≤20個）接收設備。總線的數據傳輸率為12.5～100kbps，傳輸字為32位。線路上的碼型為雙極性歸零碼。每條線上的信號電壓范圍為+5V到-5V之間。一條線稱為A（或+），而另一條線稱為B（或-）。兩條線路的差分信號的邏輯關系有三種：當A-B 的差分電壓為7.25V～11V時，表示邏輯1，即HI;當A-

B的差分電壓為-0.5V～0.5V 時，表示NULL;當A-B的差分電壓為-11V～-7.25V 時，表示邏輯0，即LO。具體編碼方式如圖1所示。

圖1 ARINC429雙極性歸零編碼方式圖

按照規定ARINC429字的32個數據位分為5個基本區域，分別為Parity、SSM、DATA、SDI、LABEL，如圖2所示。1～8位是標號位（LABEL），標記出包括在這個傳送字內的信息的類型。通過這些數據標號，接收設備可以很容易地判斷出所接收到的字的用途。9~10位是源終端識別位（SDI），它指示信息的來源或信息的終端。11~28或29位是數據位（Data Field），是所確定的用于傳輸的信息。 29到30或31位為符號狀態矩陣位（SSM），表示數據的特性或字類型，也可表示發送設備的狀態信息。32位為奇偶校驗位（P），實現簡單的數據校驗功能。

圖2 429 信號32位字格式

基本設計思想

設計航空429總線信號的仿真和檢測采用了虛擬儀器的設計思路。簡單的說，虛擬儀器就是通用計算機加上軟件和硬件。硬件用來解決信號的輸入輸出問題，軟件用來實現對信號的處理、顯示等功能。它利用計算機的強大支持，使用戶可以很方便地對其維護、擴展和升級。與傳統儀器相比，虛擬儀器具有很高的靈活性，可以通過編制軟件來定義功能。目前在這一領域內，使用較為廣泛的軟件包括NI公司的LabVIEW 和LabWindows/CVI，HP公司的VEE等。

設計中，硬件方面使用基于PCI插槽的429信號收發板卡，將其插入通用電腦PCI插槽達到了測試的硬件要求，實現429信號的發送和接收;軟件方面使用NI公司的LabWindows/CVI作為開發平臺，主要用來完成發送前的數據準備、對接收數據的處理和顯示等工作。

設計實現方法

硬件介紹

選用西安方元明公司代理的EXC_M4K429RTx模塊板卡。該板卡的基本結構如圖3所示。

圖3 M4K429RTx板卡結構原理圖

其主要性能參數包括：支持5～10通道，每個通道均支持接收發送自定義;信號傳輸率為12.5～100Kbps編程可調;4K×8雙端口 RAM作為數據收發緩存;支持奇偶校驗和可編程輸出硬件觸發，中斷和選擇模式;發送通道支持單個發送，單次發送和循環發送三種發送模式;接收通道支持查詢接收，單通道連續接收和多通道連續接收三種模式;發送字間隔編程可調;支持添加時間標簽;有糾錯功能。

軟件支持：提供windows下運行的C驅動;支持VC、LabVIEW、Delphi、LabWindows/CVI等軟件進行開發。

軟件設計

軟件設計主要包括兩方面的工作，一是設計實現29信號的發送，即信號的仿真;另一個是實現接收429信號并以合適的方式處理，包括如何顯示等，即信號的檢測。

·發送部分

發送部分設計流程如圖4所示，設計的工作界面參見圖5。

圖4 發送數據流程圖

圖5 發送界面

首先，輸入設備號、模塊號和選擇發送通道，通過調用板卡函數Init_Module_RTx對板卡初始化，獲得對板卡進行操作的句柄，點擊“打開板卡”按鈕可以完成這一步工作。然后調用板卡的屬性設置函數Setup_Transmit_Channel_RTx設置發送通道的發送屬性，包括發送方式，發送數據速率，發送時間間隔和奇偶校驗，通過面板控件獲得這些屬性值，如發送方式可選擇單次，單個和循環發送三種發送模式。發送速率12.5～100Kbps可選。

實現設計的關鍵是如何得到標準格式的32位429碼，并按照板卡硬件規定的格式將其放入發送寄存器中。如圖5在發送數據區中對應輸入所要發送的數據信息。由于429信號數據位碼的填充方式根據數據類型的不同分為兩種，一種是按照BCD碼填充，一種是按照BNR碼填充，因此編寫軟件時，首先需要判斷label類型，確定數據的填充方式，然后將它們合并成符合其數據類型的32位429碼信息，再按照圖6所示的發送格式，將其分為高16位和低16位兩組碼分別放入發送寄存器的高位和低位中，才能被正確發送出去。

下面給出了以BNR方式填充數據區的部分代碼。主要采用位操作完成了32位碼的生成和拆分。

·接收部分

接收部分的前端設計與發送部分相同，圖7是設計的接收界面。開始也要進行板卡初

始化和設置接收屬性，調用Setup_ReceiVe_Channel_RTx函數設置完成。

當開始接收數據時，接收寄存器會得到高16位和低16位兩組碼（數據格式與發送部分完全相同，可參見圖6，同時在板卡的標準模式下，還會得到用兩個16位碼表示的時間標號以及1個16位碼的板卡狀態返回值。要正確識別各段碼的信息。關鍵是對于數據位的處理。要根據數據不同的填充方式編寫不同的代碼。仍然以BNR碼填充為例，給出讀取32位碼各段信息的代碼。按照同樣的思路，可以得到以BCD碼填充數據區的識別程序和對時間標號的識別。