1 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據的編碼，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標準數據傳輸，并完成了與計算機USB接口的通信，有效縮小了系統體積并降低了成本，同時也增加了系統配置的靈活度。

　　2 ARINC429總線數據

　　ARINC429數據總線協議規定一個數據字由32位組成，以脈沖形式發送，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位的數據字由五部分組成：標志位（LABEL），用于標識傳輸數據的信息類型；源/目的標識碼（S/D），用于判斷在一個多系統中的源系統；數據區（DATA）；符號/狀態位（SSM），用于標識數據字的特征或數據發生器的狀態；奇偶校驗位（PARITY），ARINC429數字信息傳輸使用奇校驗。

　　3 FPGA內部邏輯設計

　　根據ARINC429總線協議，要完成數據的收發以及對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實現的部分。

　　3.1 發送器

　　發送器結構如圖2所示，由緩沖存儲器、信號發生器和發送控制邏輯三部分構成，用于將來自總線接口通信模塊的32位429格式數據轉換成調制前的兩路串行數據，即圖2中TTL0和TTL1。其中使用緩存是為了提高數據傳輸速度，用戶向緩存寫進想要發送的多個32位數據字后，就可以通過entx信號控制數據從緩存連續不斷地讀出，并經過信號發生器轉換成串行數據后送給總線驅動電路。在這里，緩存是直接調用ALTERA提供的LPM_FIFO+宏功能模塊來實現的。

　　信號發生器由位計數器、字間隔計數器、碼元調制、移位寄存器以及相應的控制邏輯組成，結構如圖3所示。其中，位數計數器用來控制429數字字的位數，字間隔計數器用于產生字間隔。在本設計中，采用狀態機來實現信號發生器的功能，共分3個狀態：

　　a）IDLE：初始狀態，當復位或是發送完一個32位數后進入該狀態，在該狀態完成字間隔的產生，并用移位寄存器的load信號來鎖存待轉換數據，并在至少四位字間隔后進入TRANS狀態，否則等到直到有新數據載入。

　　b）TRANS：進行數據的并串轉換，同時進行奇偶校驗，即每產生一位串行數據就進行一次異或運算，并由位數計數器控制計到31時就進入PARITY狀態。

　　c）PARITY：輸出奇偶校驗位并回到IDLE狀態。碼元調制是在信號busy的有效區間內，將串行輸出數據serial_data與時鐘做邏輯運算得到的TTL0和TTL1（如圖4）送至外部調制電路，并轉換為429總線規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

　　發送控制邏輯用于協調緩存和信號發生器之間的數據傳遞。在緩存非空、busy無效（信號發生器狀態機處于TRANS狀態下busy有效）的條件下，一旦允許轉換信號entx有效，便開啟緩存的讀使能rden，并產生轉換數據的裝載信號load，以完成緩存數據的自動轉換和發送。