基于USB的ARINC429总线接口模块设计

　　当USB接口芯片响应中断信号后，先判断是哪一路ARINC429总线数据，并将此路总线的通道号写入芯片的Buffer中。USB接口芯片再发送读信号读取FPGA中寄存器的429数据字，共4个字节。本设计采用双缓冲Buffer方式来存储接收到的429数据字。这种设计方式能有效提高接口模块传输数据的稳定性和准确性。

　　接收解调电路主要负责将ARINC429总线输入的电平解调为FPGA可接收的LVTTL电平。

　　接口模块软件设计

　　接口模块软件由USB-ARINC429仪器驱动程序、USB驱动程序和USB固件程序等三部分组成。USB-ARINC429仪器驱动程序主要将应用程序与驱动程序之间的通讯协议以及应用程序与硬件之间的数据传输命令进行封装。仪器驱动程序在Visual C++6.0下开发，可以提供给应用程序显式或隐式调用。在本文中不详细介绍仪器驱动程序的开发过程。下面将介绍USB固件程序及驱动程序的设计。

　　USB固件程序设计

　　USB接口芯片是底层硬件的基础，是接口模块与PC机通信的硬件桥梁，良好的USB固件程序设计是接口模块能够稳定可靠工作的保证。USB固件程序设计结构如图5所示。

　　USB固件程序设计由主程序(Main.c)，写数据程序(Function.c)，读数据中断服务子程序(Isq)以及控制传输(Vendor)等四部分组成。

　　主程序Main.c主要负责USB接口芯片的初始化工作。主要有端口的初始化、中断的初始化、USB设备的列举和重列举等工作。Main.c的设计结构如图6所示。

　　写数据程序Function.c采用了USB接口芯片CY68013数据总线操作方式，将图3 Buffer中的ARINC429数据字写到FPGA的RAM中。

　　读数据中断服务子程序(Isq)主要负责接口模块读取ARINC429总线数据，并根据USB接口芯片的中断引脚来标记429数据字的通道号。

　　控制传输(Vendor)主要是灵活地控制接口模块的发送模式。接口模块共有单次发送、多次发送以及循环发送等三种发送模式。三种发送模式可以满足多种ARINC429数据发送需要。其中，多次发送模式和循环发送模式可以设定ARINC429数据字与数据字之间的字间隔，并可以设定一组ARINC429数据字的循环周期。这种设计方式体现了接口模块的灵活方便特性。

　　USB设备驱动程序设计

　　USB设备驱动程序是利用Compuware公司的DriverStudio 3.2开发的。DriverStudio 3.2主要用来开发Windows 2000和Windows XP的驱动程序。利用这个工具的开发向导，可以生成一个USB驱动程序框架。USB驱动程序设计简化结构如图7所示。

　　USB设备驱动程序基本由五部分组成，图4中显示了四部分。入口例程(DriverEntry Routine)、即插即用例程(PnP Routine)和卸载例程(Unload Routine)主要负责接口模块的内存资源分配和释放等工作。下面将详细介绍与接口模块数据传输关系紧密的分发例程(Distribute Routine)。

　　分发例程主要由Create，Read，Write，IOCTL以及Close等五部分函数组成。Close函数主要负责关闭设备句柄，调用卸载例程，并释放设备内存资源(这个函数在图中并未列出)。其它四部分与上层应用程序的接口函数分别为CreateFile，ReadFile，WriteFile和DeviceIoControl。

　　Create函数主要负责获取对接口模块进行操作的程序句柄，该句柄在即插即用例程中指定。

　　Read函数负责读ARINC429数据。当应用程序通过调用ReadFile发一个IRP到驱动程序时，驱动程序先检测读取数据长度是否大于已设定的端点传输最大字节。如大于，则仅分配长度为最大字节的内存空间；如小于或等于，则按该数据长度分配内存区。然后USB设备驱动程序再将此IRP向下传递给下层驱动程序，最后由底层驱动程序将ARINC429数据写到已分配的内存空间供应用程序读取，并返回一个函数值和已读取多少字节的变量给应用程序判断。Write函数操作与Read函数类似，只是传输方向相反。

　　IOCTL函数负责接口模块的控制命令传输。当需要指定接口模块发送模式或循环发送时的字间隔和帧周期时，应用程序通过调用DeviceIoControl发一个IRP给驱动程序。驱动程序收到此IRP时，将通过USB控制管道把接口模块控制命令传输给USB接口芯片。

　　结论

　　经测试表明，接口模块与现在市场上出售的多种429总线接口设备进行了多路429总线数据传输。本设计利用USB即插即用、FPGA可配置性等特点，方便了ARINC429总线与计算机之间的数据传输，并提高了接口模块数据传输的灵活性，这在对ARINC429电子设备的测试中有较高的实用价值。