DEI1016芯片的引腳功能、特點(diǎn)及應(yīng)用分析

1 、概述

目前，ARINC429收發(fā)器主要以Device Engineering公司的DEI1016及BD429來配套使用。其中DEI1016提供有標(biāo)準(zhǔn)航空串行數(shù)據(jù)和16bit寬數(shù)據(jù)總線接口。該接口電路包括一個(gè)單通道發(fā)送器、兩個(gè)獨(dú)立的接收通道和可選擇操作方式的可編程控制器。

發(fā)送器電路包括一個(gè)發(fā)送緩存器和一個(gè)控制邏輯，發(fā)送緩存器是一個(gè)8×32bit的FIFO，而控制邏輯則允許主機(jī)給發(fā)送器寫數(shù)據(jù)塊，并通過主機(jī)使能發(fā)送器來使該數(shù)據(jù)塊自動(dòng)發(fā)送出去。數(shù)據(jù)在TTL電平格式下經(jīng)過BD429電平轉(zhuǎn)換器后發(fā)送出去。而每一個(gè)接收通道都可以直接連接到ARINC429數(shù)據(jù)總線，而不需要電平轉(zhuǎn)換。

2 、引腳功能

DEI1016芯片的引腳圖如圖1所示。下面是DEI1016的主要特點(diǎn)：

●兩路接收和一路發(fā)送;

●環(huán)繞自測(cè)試模式;

●數(shù)據(jù)字長(zhǎng)為25bits或32bits格式;

●接收數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生校驗(yàn);

●具有8×32bit的發(fā)送緩存;

●采用低電源工作;

●支持多路復(fù)用ARINC數(shù)據(jù)總線（如429、571、575、706）.

3 、電路原理

DEI1016的復(fù)位是低電平有效，外部工作時(shí)鐘為1MHz.具有二路接收（第一路接收和第二路接收）和一路發(fā)送。要使電路正常工作，發(fā)送時(shí)需要和BD429配合.BD429是滿足ARINC429規(guī)范的、雙極數(shù)據(jù)輸入線驅(qū)動(dòng)器.DEI1016為前級(jí)輸出，BD429為差分輸出。設(shè)計(jì)時(shí)，BD429地周圍要接兩個(gè)68pF的電容才能正常工作，而且這兩個(gè)電容至關(guān)重要.DEI1016由三個(gè)基本單元組成，第一部分為接收通道，第二部分為發(fā)送通道，第三部分為主機(jī)接口。其電路結(jié)構(gòu)框圖見圖2所示。

3.1 接收通道

接收通道包括線接收器、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)時(shí)鐘、源/目標(biāo)碼譯碼器、校驗(yàn)控制位、數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤條件等電路。

線接收器的前端是一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，最常用的就是BD429.它可以把±10V的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為5V內(nèi)部邏輯電平。

接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收到的每一位數(shù)據(jù)的開始位首先被檢測(cè)，外部提供的工作時(shí)鐘（1MCK）為1MHz，內(nèi)部接收和發(fā)送速率可以設(shè)置為十分之一或八十分之一（即100kbps或12.5kbps）。讀接收器的任一個(gè)字時(shí)，一般都需要檢測(cè)收到的信息數(shù)據(jù)的校驗(yàn)位。初始化時(shí)，可以設(shè)置字長(zhǎng)為32Bit或25Bit.其32Bit字長(zhǎng)格式如圖3所示。

為了訪問接收器的數(shù)據(jù)，首先應(yīng)設(shè)置接收器數(shù)據(jù)選擇輸入端（SEL）為邏輯“0”，并通過脈沖使輸出使能端烵En 也置為“0”，以使得數(shù)據(jù)字1被送入到數(shù)據(jù)總線上;同樣，數(shù)據(jù)字2也被放到數(shù)據(jù)總線上。當(dāng)字1、字2被讀走以后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)烡Rn 被復(fù)位，復(fù)位后，該信號(hào)處于三態(tài);如果新數(shù)據(jù)到了，而以前的數(shù)據(jù)又沒有被讀取，此時(shí)如果數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)沒有復(fù)位，則新數(shù)據(jù)不能覆蓋FIFO中的數(shù)據(jù);如果一個(gè)完整的數(shù)據(jù)沒有讀完就出現(xiàn)錯(cuò)誤，接收器將復(fù)位，同時(shí)忽略該數(shù)據(jù)或者該幀數(shù)據(jù)。如果希望測(cè)試該芯片是否正常工作，也可以通過設(shè)置為自測(cè)試模式，即將DEI1016的發(fā)送直接在內(nèi)部接到第一路接收，并將反相接到第二路，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，并比較發(fā)送和接收，以判斷DEI1016的工作狀況.3.2 發(fā)送通道

發(fā)送通道包括8×32bit FIFO、校驗(yàn)產(chǎn)生器、發(fā)送器定時(shí)器和一個(gè)TTL輸出電路。其中8×32bit FIFO 可由用戶進(jìn)行操作（如裝載、使能、非使能等）;通過裝載發(fā)送器數(shù)據(jù)字（LD1）或者（LD2）脈沖沿可以把第一個(gè)16位字（字1）或第二個(gè)16位字（字2）放到數(shù)據(jù)線上;LD1總是先于LD2.如果緩存已滿且新數(shù)據(jù)已被LD1和LD2脈沖沿打入，緩存里的最后一個(gè)32位字將被覆蓋;而當(dāng)ENTX為邏輯“1”時(shí)，F(xiàn)IFO時(shí)鐘被激活，同時(shí)，數(shù)據(jù)被串行移到發(fā)送器驅(qū)動(dòng)器上;然后在發(fā)送時(shí)鐘（TXCLK）1MHz下通過DO烝 和DO烞 差分輸出，DEI1016和BD429連接見圖4所示。

3.3 主機(jī)接口

CPU外圍I/O設(shè)備的接口芯片一般都有片選、讀、寫信號(hào)和選擇片內(nèi)寄存器的若干地址線。但DEI1016有點(diǎn)特殊，它的每一個(gè)寄存器操作信號(hào)都需要對(duì)CPU信號(hào)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生。因此，選擇CPU時(shí)，最好直接選擇外部數(shù)據(jù)總線為16Bit以上的CPU，如TI公司的TMS320F240等。

4、 DEI1016的應(yīng)用

4.1 DEI1016與BD429HW的連接

DEI1016的應(yīng)用主要是數(shù)據(jù)通訊。它一般和CPU、可編程器件一起形成智能通訊模塊，圖5是由DEI1016構(gòu)成的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)原理圖。該數(shù)據(jù)通訊模塊的控制邏輯以CPU提供的I/O操作信號(hào)IS和讀寫信號(hào)RD、WR以及地址A2、A1為輸入來為DEI1016產(chǎn)生操作信號(hào)，如讀第一路接收數(shù)據(jù)寄存器信號(hào) RD429A、第二路 RD429B、發(fā)送低字選通信號(hào) WR429LW、高字 WR429HW、發(fā)送使能控制 TX429EN等?？刂七壿嫼虲PU同時(shí)監(jiān)視DEI1016的3個(gè)狀態(tài)信號(hào)，包括第一路接收準(zhǔn)備好信號(hào) Rx1RDY、第二路Rx2RDY和發(fā)送準(zhǔn)備好Tx429RDY.這些狀態(tài)信號(hào)一方面可供軟件查詢，另一方面可由控制邏輯產(chǎn)生 INT中斷請(qǐng)求.DEI1016和CPU接口比較簡(jiǎn)單，發(fā)送時(shí)經(jīng)常和BD429配合使用。

一般情況下，作為I/O外設(shè)的DEI1016的讀寫速度要比CPU慢，因此，應(yīng)該用一個(gè)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行速度匹配以便為CPU產(chǎn)生READY信號(hào)。在發(fā)送使能信號(hào)TX429EN的控制下可以簡(jiǎn)單地把發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào) TX429RDY反相后輸出。亦即只要DEI1016發(fā)送器有空閑，就允許發(fā)送.DEI1016的發(fā)送器包括一個(gè)FIFO，它可以存儲(chǔ)8個(gè)32-Bit的429數(shù)據(jù)字。當(dāng)CPU填充DEI1016的發(fā)送FIFO字?jǐn)?shù)達(dá)到自定數(shù)目熑8個(gè) 時(shí)，系統(tǒng)將使能發(fā)送以發(fā)出FIFO中的數(shù)據(jù)。其實(shí)現(xiàn)邏輯用Abel語言簡(jiǎn)寫如下:

IS，RD，WR pin;

// CPU方的I/O操作、讀寫信號(hào)，皆為低有效。

IOAddr=［A2，A1，X］;

// CPU方I/O地址

ENTX429A=！TX429ARDY;

// ARINC429 發(fā)送使能。

// 讀 第一路 ARCIN429 接收寄存器 高低字。

！RD429A =！IS & ！RD & （（IOAddr == RX429ALW） # （IOAddr == RX429AHW））;

// 讀 第二路 ARCIN429 接收寄存器 高低字。

！RD429B = ！IS & ！RD & （IOAddr == RX429BLW） # 烮OAddr == RX429BHW）;

// 寫 第一路 ARCIN429 發(fā)送寄存器 高低字。

！WR429AL = ！IS & ！WR & （IOAddr == TX429ALW）;

！WR429AH = ！IS & ！WR & （IOAddr == TX429AHW）;

// 寫 DEI1016 控制寄存器。

！WR429ACW = ！IS & ！WR & （IOAddr == CR429A）;

！INT = ！RX1RDY # ！RX2RDY;

// 2路接收準(zhǔn)備好煿蠶碇卸锨肭。

……

4.2 兩路接收中斷共享算法

該模塊有一路發(fā)送和兩路接收。發(fā)送數(shù)據(jù)不需要用中斷來解決。而當(dāng)2路接收共享一個(gè)中斷時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)覆蓋而丟掉某一路數(shù)據(jù)的情況，也可能使邊沿觸發(fā)的中斷失效而不再接收任何數(shù)據(jù)。其波形示意圖如圖6所示。圖中，在A點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝宦窚?zhǔn)備好Rx1RDY為低時(shí) （L），XINT有效以引起中斷，CPU響應(yīng)中斷處理，同時(shí)在AB之間判定為第一路有效并開始處理。當(dāng)處理到B點(diǎn)時(shí)，第二路接收準(zhǔn)備好引起中斷。但此時(shí)XINT已經(jīng)有效，故不會(huì)引起電平變化，中斷響應(yīng)程序繼續(xù)進(jìn)行，并在C點(diǎn)退出，此時(shí)并沒有處理第二路接收。如果中斷請(qǐng)求是電平 烲evel敏感，中斷處理退出后還可以再次進(jìn)入，但這會(huì)有相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)開銷。若中斷請(qǐng)求是邊沿?zé)edge 觸發(fā)，那么在C點(diǎn)退出之后，由于未處理第二路接收，所以中斷請(qǐng)求 INT一直保持電平有效，但不能產(chǎn)生邊沿跳變翻轉(zhuǎn)，中斷觸發(fā)條件永遠(yuǎn)不能滿足，系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，從而使兩路數(shù)據(jù)全部丟失。

對(duì)于這一問題，其實(shí)質(zhì)性的解決辦法需要“軟硬兼施”?？梢詫D4 中DEI1016的Rx1RDY、Rx2RDY等狀態(tài)信號(hào)同時(shí)送達(dá)CPU以組成只讀“狀態(tài)寄存器”，供CPU中斷響應(yīng)時(shí)查詢。

由以上分析可知，對(duì)于ARINC429數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，在具體的電路設(shè)計(jì)及軟件算法中均應(yīng)考慮收發(fā)數(shù)據(jù)的丟失問題。

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