ARINC429总线收发器 -- HI-3582调试记录

概述

ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会于1977年7月提出的，协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求。ARINC429广泛应用在先进的民航客机中，如B-737、B757、B-767，俄制军用飞机也选用了类似的技术。我们与之对应的标准是HB6096-SZ-01。ARINC429总线结构简单、性能稳定，抗干扰性强。最大的优势在于可靠性高，这是由于非集中控制、传输可靠、错误隔离性好。

       HI-3582是HOLT公司研发的ARINC429协议收发器，可将ARINC429协议串行数据解析后转换为16位并行数据，该芯片支持两路接收和一路发送，其中每个接收机具有标签识别、32×32 FIFO和模拟线路接收机，每个接收器最多可编程16个标签。独立发射机有一个32 X 32 FIFO和一个内置线路驱动器。所有三个FIFO的状态都可以使用外部状态引脚或通过轮询HI-3582/HI-3583状态寄存器进行监控。其他新功能包括32位数据或奇偶校验的可编程选项，以及解读32位字的能力。

硬件调试

       HI-3582硬件相对简单一些，电源方面需要用到3.3V和±10V供电，其中±10V用来产生ARINC429通信的差分信号。时钟选用1MHz外部晶振提供。HI-3582管脚比较多，除了16位的并行数据总线接口以外，还有许多控制和标识管脚，但并非每个管脚都需要用到，选择满足基本通信功能的管脚进行连接即可。主控芯片这里选择的是STM32F407单片机来驱动HI-3582芯片，连接时16位数据总线最好顺序接到STM32单片机的某个Port上，这样可以很方便的读取和写入数据，有利于软件开发和提高通信效率。

另外ARINC429的通信接口连接和RS422总线类似，TX和RX信号交叉连接，正接正，负接负。

软件调试

初始化配置

HI-3582内部有两个寄存器，控制寄存器和状态寄存器。

• 控制寄存器是用来配置芯片的工作方式
• 状态寄存器用来查询芯片的工作状态，这些状态通过外部管脚同样可以查询

控制寄存器总共有16位CR0~CR15。可以设置设备的通信速率，通信格式和数据识别等功能。本次实验使用的是100Kbps通信速率，然后通信数据第32位选择为奇校验位，未使用LABEL识别和SDI比较功能。

控制寄存器配置

通过上面的时序图可以看出，通过给CWSTR管脚一个低电平的脉冲，可通过数据总线写入控制寄存器数据。然后可以得出下面的代码。

/*
* 设置控制寄存器函数
*/
static void ctrlRegConfig(uint16_t value)
{
    HalGPIOPortConfig(HAL_HI3582_DB_PORT, HAL_IO_OUTPUT); //设置数据总线方向为输出
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_CWSTR, 1); //先拉高CWSTR
    HalGPIOPortSetLevel(HAL_HI3582_DB_PORT, value); //总线输出寄存器值
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_CWSTR, 0); //CWSTR管脚给低电平
    delay100NS(); 
    delay100NS(); //≥100NS 数据有效
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_CWSTR, 1);
    delay100NS(); //≥40NS 保持
}
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根据之前的初始化配置的描述及设置函数我们可以实现HI-3582的初始化。
为了程序更加直观方便配置参数，我们首先定义寄存器的变量格式，这里我们选择联合体和结构体结合的方式。如下所示：

#pragma pack(1)
typedef struct
{
    int cr0_recv1clk : 1;
    int cr1_labelRW : 1;
    int cr2_enableLabelRx1 : 1;
    int cr3_enableLabelRx2 : 1;
    int cr4_32ndBitParity : 1;
    int cr5_selfTest : 1;
    int cr6_recv1Decoder : 1;
    int cr7 : 1;
    int cr8 : 1;
    int cr9_recv2Decoder : 1;
    int cr10 : 1;
    int cr11 : 1;
    int cr12_txParity : 1;
    int cr13_txclk : 1;
    int cr14_recv2clk : 1;
    int cr15_dataFormat : 1;
} Hi3582CtrlReg_t;
#pragma pack()

typedef union
{
    unsigned short value;
    Hi3582CtrlReg_t ctrlReg;
} Hi3582CtrlRegConfig_t;

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这样使用起来更方便，不用单独去找哪一位对应哪个寄存器了，代码维护起来也清晰。初始化代码如下：

void hi3582Init(void)
{
    Hi3582CtrlRegConfig_t cfg;
    
    cfg.ctrlReg.cr0_recv1clk = 0;       //recv1 100kbps
    cfg.ctrlReg.cr1_labelRW = 0;        //normal
    cfg.ctrlReg.cr2_enableLabelRx1 = 0; //Disable label recognition
    cfg.ctrlReg.cr3_enableLabelRx2 = 0;
    cfg.ctrlReg.cr4_32ndBitParity = 1; //32nd bit is parity
    cfg.ctrlReg.cr5_selfTest = 1;      //FIXME:self test 0=test, 1=normal
    cfg.ctrlReg.cr6_recv1Decoder = 0;  //rx1 decoder disabled
    cfg.ctrlReg.cr7 = 0;
    cfg.ctrlReg.cr8 = 0;
    cfg.ctrlReg.cr9_recv2Decoder = 0;
    cfg.ctrlReg.cr10 = 0;
    cfg.ctrlReg.cr11 = 0;
    cfg.ctrlReg.cr12_txParity = 0;   //odd parity
    cfg.ctrlReg.cr13_txclk = 0;      //tx 100kbps
    cfg.ctrlReg.cr14_recv2clk = 0;   //recv2 100kbps
    cfg.ctrlReg.cr15_dataFormat = 1; //Unscramble data
    
    ctrlRegConfig(cfg.value);
}

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接收数据

根据时序图我们可以得知，当接收到有效数据时，芯片的D/Rx管脚会拉低，所以我们只需要监测该管脚就知道是否可以进行数据读取操作。然后根据具体时序控制来从总线上读取有效数据，由于总线是16位的，数据需要分两次进行读取。

/*
* 读取数据
* @chnl: 通道号，1=接收通道1， 2=接收通道2
*/
static uint32_t readDataBus(uint8_t chnl)
{
    uint16_t byte1, byte2;
    uint32_t value;
    uint8_t enpin = (chnl == 1 ? HAL_HI3582_PIN_EN1 : HAL_HI3582_PIN_EN2);
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_EN1, 1);
    HalGPIOPortConfig(HAL_HI3582_DB_PORT, HAL_IO_INPUT);
    
    __nop();
    __nop();
    /*read byte 1*/
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_SEL, 0);
    delay60NS();//>10ns
    HalGPIOSetLevel(enpin, 0);
    delay100NS();
    delay100NS();
    delay100NS();
    delay100NS(); //max 235ns
    byte1 = HalGPIOPortGetLevel(HAL_HI3582_DB_PORT);
    HalGPIOSetLevel(enpin, 1);
    
    /*read byte 2*/
    delay60NS();//>10ns
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_SEL, 1);
    delay100NS();
    HalGPIOSetLevel(enpin, 0);
    delay100NS();
    delay100NS();
    delay100NS();
    delay100NS(); //max 235ns
    byte2 = HalGPIOPortGetLevel(HAL_HI3582_DB_PORT);
    HalGPIOSetLevel(enpin, 1);
    
    delay500NS(); // max 520ns
    delay60NS();
    value = byte2;
    value = (value << 16) + byte1;

    return value;
}
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发送数据

同样根据发送数据的时序图可以得出，发送函数

static void writeDataBus(uint32_t value)
{
    uint16_t data1, data2;
    
    HalGPIOPortConfig(HAL_HI3582_DB_PORT, HAL_IO_OUTPUT);

    data1 = (uint16_t)value;
    data2 = (uint16_t)(value >> 16);
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_ENTX, 0);
    HalGPIOPortSetLevel(HAL_HI3582_DB_PORT, data1);
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_PL1, 0);
    delay100NS();
    delay100NS(); //>120ns
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_PL1, 1);
    delay100NS(); //hold time >70ns
    delay100NS(); //hold + tpl2 en > 110

    HalGPIOPortSetLevel(HAL_HI3582_DB_PORT, data2);
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_PL2, 0);
    delay100NS();
    delay100NS(); //>120ns
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_PL2, 1);
    delay100NS(); //hold time >70ns
    HalGPIOSetLevel(HAL_HI3582_PIN_ENTX, 1);
}
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总结

总的来说，HI-3582是一款性价比较高的ARINC429总线收发器，使用过程中也比较稳定。缺点是并行总线需要用到主控芯片更多的管脚，而且通信协议都是自定义的时序，不是标准的总线协议会增加开发难度。