（电力电子与电力传动专业论文）基于pci的arinc629数据通信设备软件设计.pdf

西北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a s t h e mo s t a d v a n c e d a n d s i g n i f i c a n t a v i a t i o n b u s s t a n d a r d f o r t h e t r a n s f e r o f d i g i t a l d a t a b e t w e e n a v i o n i c s s y s t e m e l e m e n t s , a r inc 6 2 9 s p e c i f i c a t i o n d e f i n e s a l i n e a r t o p o lo g y w i t h a p r o t o c o l , w h i c h c a n b e d e s c r i b e d a s c a r r i e r - s e n s e mu l t i p l e a c c e s s / c o l l i s i o n a v i o d a n c e ( c s m a / c 助. t h e c o l l i s i o n i s u l t i m a t e l y a v o i d e d a n d t h e c o m m u n i c a t i o n e f f i c i e n c y o f d a t a b u s i s e n h a n c e d o n t h e a r inc 6 2 9 d a t a b u s . i n t h i s p a p e r , t h e r e s e a r c h o f a r i n c 6 2 9 c o m m u n i c a t i o n s y s t e m i s d i s c u s s e d , w h i c h i s u s e d in t h e a u t o m a t i c t e s t a n d d i a g n o s i s p l a t f o r m f o r a v i a t i o n e l e c t r o n i c e q u i p m e n t o f c o r r e s p o n d i n g a i r p l a n e t y p e .f i r s t , a r i n c 6 2 9 s p e c i f i c a t i o n a n d p c i l o c a l b u s s p e c i f i c a t i o n a r e s i m p l y i n t ro d u c e d . b a s e d o n t h e s e , t h e d e s i g n i d e a o f c o m m u n i c a t i o n s y s t e m i s g i v e n a s a w h o l e . a c c o r d i n g t o t h e c o m p r e h e n s i o n o f a r inc 6 2 9 s p e c i f i c a t i o n , t h e f u n c t i o n s o f a r inc 6 2 9 t e r m i n a l a r e a b s t r a c t e d . b e f o r e d e s ig n i n g t h e s o f t w a r e f o r t h e w h o l e s y s t e m , t h e s o f t w a r e i s p a rt i t i o n e d s i x m o d u l e s , s u c h a s , i n i t i a l i z a t i o n m o d u l e , c o n t r o l m o d u l e , d r i v e r m o d u l e , c o mm u n i c a t i o n mo d u l e , d i s p l a y m o d u l e , d a t a p r o c e s s i n g mo d u l e .a n d t h e n e a c h m o d u l e s f u n c t i o n i s p a rt l y c a r r i e d o u t b y d e s i g n i n g t h e s o f t w a r e . t h i s p a p e r a n a l y s i s t h e d e v i c e d r i v e r a r c h i t e c t u r e wi n d o w s d r i v e r m o d e l , b y a p p l y i n g a b o v e t h e o r y , w e s t u d y t h e d e v i c e o f d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m b a s e d o n p c i s u b - s y s t e m. i n a d d i t i o n , o u r o w n d e v i c e d r i v e r f o u n d a t i o n c l a s s l i b r a r y i s w r i t t e n , w h i c h b a s i c l y c a r ry o u t r e a d i n g / w r i t i n g t h e c o n f i g u r a t i o n s p a c e o f p c i s u b - s y s t e m , p h y s i c a l m e m o ry a n d v o p o r t . i n a d d i t i o n , t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e r e g u l a t i o n o f i n s t a l l a t i o n a n d d e b u g g i n g d e v i c e d r i v e r s . i n t h e e n d , t h e th e s i s w o r k s c o n c l u d e d , a n d t h e s u g g e s t io n s a re a d v i s e d f o r f u t u r e s t u d y . k e y w o r d s . a r i n c 6 2 9 b u s , cs m入ic a, p ci b u s p r o t o c o l , wi n d o ws d r i v e r mo d e l 西北工业大学硕 七 学位论文第一章 绪论 第一章 绪论 引言 随 着计算机通信和网络技术的迅速发展， 在现代喷 气式客机中采用的计算机 通信技术也在不断进步。 作为一种大量采用高新技术的运输工具，飞机上使用 了 大量的数字、模拟电 子设备来实现复杂的 通信、导航和控制功能。七十年代 以 来，波音、空客系列飞机已实现了 机载仪表和飞行控制系统的全电子化， 并 在其使用的大量机载计算机、电子飞行控制系统、电子飞行仪表系统等设备之 间实现了数据通信。 由于航空电 子设备之间的通信十分复杂和凌乱， 并 且需要不同的硬件接口 来 应付不同的 航空设备; 在不同的航空设备接口 连线也非常复 杂和混乱，安全性 能也不高。为了简化这一状况，就提出了 数据总线，即在不同的时 刻和不同的 航空电子设备之间能 相互通 信。 常见的 三种 航空总线有: a r inc 4 2 9 . a r inc 6 2 9 和m i l - s t d - 1 5 5 3 ， 如图1 - 1 所示， 它们都有各自的 优点和不足。 通常每个总线 的工作能力、 可靠性以 及花费是权衡总线的重要标准。 最多2 0 个 接收器 a r i n c 6 2 9 总线 arinc629fk ar i nc 6 2 9 终 瑞 a ri n c 6 2 9 终 端 a r i n c 6 2 9 终 端 4 # s 1 mjl ryl ?a 图1 - 1 三种航空总线结构 ar inc 4 2 9 是机载电子设备之间进行数据传输约定的一种标准。 a r i n c 4 2 9 为单向 传输总线， 总线 匕 只允许有一个发送器，信息只能从发送器 输出， 但可 以有多个接收器，最多允许有2 0 个接收器。 a r i n c 4 2 9 的 传输协议十 分 简单， 西北工业大学硕 七 学位论文第一章 绪论 第一章 绪论 引言 随 着计算机通信和网络技术的迅速发展， 在现代喷 气式客机中采用的计算机 通信技术也在不断进步。 作为一种大量采用高新技术的运输工具，飞机上使用 了 大量的数字、模拟电 子设备来实现复杂的 通信、导航和控制功能。七十年代 以 来，波音、空客系列飞机已实现了 机载仪表和飞行控制系统的全电子化， 并 在其使用的大量机载计算机、电子飞行控制系统、电子飞行仪表系统等设备之 间实现了数据通信。 由于航空电 子设备之间的通信十分复杂和凌乱， 并 且需要不同的硬件接口 来 应付不同的 航空设备; 在不同的航空设备接口 连线也非常复 杂和混乱，安全性 能也不高。为了简化这一状况，就提出了 数据总线，即在不同的时 刻和不同的 航空电子设备之间能 相互通 信。 常见的 三种 航空总线有: a r inc 4 2 9 . a r inc 6 2 9 和m i l - s t d - 1 5 5 3 ， 如图1 - 1 所示， 它们都有各自的 优点和不足。 通常每个总线 的工作能力、 可靠性以 及花费是权衡总线的重要标准。 最多2 0 个 接收器 a r i n c 6 2 9 总线 arinc629fk ar i nc 6 2 9 终 瑞 a ri n c 6 2 9 终 端 a r i n c 6 2 9 终 端 4 # s 1 mjl ryl ?a 图1 - 1 三种航空总线结构 ar inc 4 2 9 是机载电子设备之间进行数据传输约定的一种标准。 a r i n c 4 2 9 为单向 传输总线， 总线 匕 只允许有一个发送器，信息只能从发送器 输出， 但可 以有多个接收器，最多允许有2 0 个接收器。 a r i n c 4 2 9 的 传输协议十 分 简单， 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪论 是点对点的传输协议。从 a r inc 4 2 9规范制定以来，多数商用机型中正在使用 的是a r inc 4 2 9 总线，它的 数据传输率最高为 每秒 1 0 0 k 6 . a r inc 4 2 9 总线结 构虽然简单， 但是性能可靠、 稳定性很高。 但是， 如图1 - 1 所示， 在一条a r inc 4 2 9 总线上有且仅有一个发 射单元，而且在总线上信息传输只能是 单方向 进行的， 如果想要进行双向 传输，就必须同时使用两条数据总线分别从两个方向 进行传 输。这样就增加了系统的复杂性。而且，由于发射器的负载能力限制，在一条 总线上能被允许连接的接收器不能超过2 0 个。 目 前， 大多 数飞 机上数字信息的 传输采用了 此标准， 如波音7 3 7 . 7 4 7 、 和7 6 7 ， 空客a 3 4 0 . a 3 2 0 ， 贝 尔直升机 以及大量的小型飞行器。 为了 适应通信网络技术的 发展， 提高数据通信的效率; 为了 建立一个有效的 数据分配系统已 减少飞 机上的电 线和设备接口 的数量;同时也是为了 提高 那些 大量、 快速数据交换的系统的执行能力， 美国国 家航空无线电 公司 继a r inc 4 2 9 总线规范之后制定了一种新型的数据总线 a r i n c 6 2 9 1l z 总线。a r inc 6 2 9 最初的设计、 发展， 以 及专利权是归波音公司所有的， 并且最先应用 于波音7 7 7 喷气客机， 后来a 3 8 0 飞机也采用了 这种总线。 之后波音公司放松了对a r inc 6 2 9 规范的保护， 使其可以 应用于工业领域1 2 1 。 与a r inc 4 2 9 总线相比 ， a r inc 6 2 9 总线的最大优点在于它 支持的是多终 端全双工通信。 而且连接在总 线上的每个 终端都兼具有接收和发 送的功能，同时 每个终端都具有完成系统连接的能 力， 从而使必须的连接器的数量最小化。不同于其他多发送器总线系统 ( 如: mi l - s t d - 1 5 5 3 ) , a r inc 6 2 9 总线没有使用中心总线控制器， 但6 2 9总线采用了 一 个协议作为 独立的数字终端来进行控制， 从而加强了a r inc 6 2 9 总线的可靠 险 2 1 mi l - s t d - 1 5 5 3定义了军用飞机上数字数据总线的需求。从 1 9 7 8 年使用到 今， mi l - s t d - 1 5 5 3 通常使用于所有新型的军机， 并且经常用于主要的航空电子 控制系统的改进 程序。 同a r i n c 6 2 9 总线一样， m i l - s t d - 1 5 5 3 允 许总线上双向 数据通信。事实上，a r inc 6 2 9的许多特性 ( 如:数据字格式) 都继承了 mi l - s t d - 1 5 5 3 。然而不同于ar i n c 6 2 9 ，连接到总线的所有终端并不都是相同 西北工业大学硕士学位论文 第一章 绪论 的， 也不是本质独立的 = 1 ari nc4 2 9a r i nc 6 2 9mi l - s td- 1 5 5 3 总线结构简单的点对点 复杂的多传输器复杂的时间间隔/ 响应 编码形式 双极归零曼彻斯特编码双极曼彻斯特 i i 编码 传输模式和连接 电压直接连接电流祸合模式电压直接连接 传输介质隔离双铰线双铰线 隔离双铰线 数据传输率 1 0 0 k b p s( 高速) 1 2 . o k - 1 4 .5 k b p s( 低速) 2 mb p s 1 mb p s 最大传输距离 未定义1 0 0 - 2 0 0 米未定义 每根总线可连接 的终端数量 1 个发送器， 2 0 个接收器 1 2 0 个电流模式 连接器终端 3 1 个遥控终端 花费低 高高 可靠性好非常好 好 表1 - 1三种航空数据总线比 较 同 样是多终端全双工通信总线， a r inc 6 2 9 总线与m i l - s t d - 1 5 5 3 总 线相比 又具有以下优点: 首先， 在a r inc 6 2 9 总线通信时 并不需要使用中 央总线 控制器， 对总 线的 访 问是由 各个参与系统通信的终端自 动进行控制。由于中央总线控制器的 使用会 增加总线出错的几率，因此a r inc 6 2 9 数 据总线较其它多终端数据总线的 可靠 性高; 其次，ar inc 6 2 9总线在理论上允许连接的终端数据是不受限制的，而 m i l - s t d - 1 5 5 3 总线系统也限 制了 所能连接的终端的 数目 ( 最多 不能超过3 1 个 遥控终端) ; 此外， a r i n c 6 2 9 总线上的 数据传输速率比 较高，当 传输介质为双铰线、 工 作频率为 3 2 mh z 时， 数据传输速率为每秒2 mb ， 而 mi l - s t d - 1 5 5 3 总线上数据 的 传输率是每 秒 1 m b . a r i n c 6 2 9 总线的 特点及 优势显 示在未 来航空 业中它将占 有重要地位。 作为 一种较新型的 数字总 线， a r inc 6 2 9总线 最早是在波音 7 7 7 喷气式客机上配置 使用。该机型的生产及 良好使用使得a r i n c 6 2 9总线规范开始大受欢迎。 . 2本论文的研究意义 目前 、 国内外对于 a r i n c 4 2 9总线数据通信系统的研究比较成熟，而我们国 西北工业大学硕士学位论文 第一章 绪论 的， 也不是本质独立的 = 1 ari nc4 2 9a r i nc 6 2 9mi l - s td- 1 5 5 3 总线结构简单的点对点 复杂的多传输器复杂的时间间隔/ 响应 编码形式 双极归零曼彻斯特编码双极曼彻斯特 i i 编码 传输模式和连接 电压直接连接电流祸合模式电压直接连接 传输介质隔离双铰线双铰线 隔离双铰线 数据传输率 1 0 0 k b p s( 高速) 1 2 . o k - 1 4 .5 k b p s( 低速) 2 mb p s 1 mb p s 最大传输距离 未定义1 0 0 - 2 0 0 米未定义 每根总线可连接 的终端数量 1 个发送器， 2 0 个接收器 1 2 0 个电流模式 连接器终端 3 1 个遥控终端 花费低 高高 可靠性好非常好 好 表1 - 1三种航空数据总线比 较 同 样是多终端全双工通信总线， a r inc 6 2 9 总线与m i l - s t d - 1 5 5 3 总 线相比 又具有以下优点: 首先， 在a r inc 6 2 9 总线通信时 并不需要使用中 央总线 控制器， 对总 线的 访 问是由 各个参与系统通信的终端自 动进行控制。由于中央总线控制器的 使用会 增加总线出错的几率，因此a r inc 6 2 9 数 据总线较其它多终端数据总线的 可靠 性高; 其次，ar inc 6 2 9总线在理论上允许连接的终端数据是不受限制的，而 m i l - s t d - 1 5 5 3 总线系统也限 制了 所能连接的终端的 数目 ( 最多 不能超过3 1 个 遥控终端) ; 此外， a r i n c 6 2 9 总线上的 数据传输速率比 较高，当 传输介质为双铰线、 工 作频率为 3 2 mh z 时， 数据传输速率为每秒2 mb ， 而 mi l - s t d - 1 5 5 3 总线上数据 的 传输率是每 秒 1 m b . a r i n c 6 2 9 总线的 特点及 优势显 示在未 来航空 业中它将占 有重要地位。 作为 一种较新型的 数字总 线， a r inc 6 2 9总线 最早是在波音 7 7 7 喷气式客机上配置 使用。该机型的生产及 良好使用使得a r i n c 6 2 9总线规范开始大受欢迎。 . 2本论文的研究意义 目前 、 国内外对于 a r i n c 4 2 9总线数据通信系统的研究比较成熟，而我们国 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪论 内 针对基于a r inc 4 2 9 总线进行机载电 子设备测试的 研究也较多，也开发研制 出一些测试系统。由于 a r i n c 4 2 9本身结构的限 制，当传输数据量很大时， a r inc 4 2 9数据通信系统可能无法正确快速的完成数据传输的任务。随着 a r inc 6 2 9 总线规范的开 放，将a r inc 6 2 9 总线用于机载电 子设备测试，可以 满足大量数据的传输要求。但是，由 于国内 这方面的 研究很少，而国 外同 类产 品的价格很高， 有些又过分简单， 精度、性能不能 完全满足测试需要， 不适合 我国 众多的中、小 航空公司的使用。 国内的军机、 民机都非常需要这种高性能的总 线，但是国内 对 a r inc 6 2 9 总线的研究几乎为零。因此，我们开始研究 a r inc 6 2 9总线，为我们国家军机 机载电子设备的通信总线的研制作技术储备;另外，本论文的 研究内容是独立 研制一种用于波音7 7 7 飞机机载电子设备地面测试的a r inc 6 2 9 数据通信设备， 使得我国民机电子设备的故障维修不受制于国外的技术和产品。 1 . 3国内外研究与发展现状 波音飞机公司研制的a r inc 6 2 9 数字通信系统是b 7 7 7 飞机上子系统之间数 字通信的主要设备。 a r inc 6 2 9多用户数据总线是 波音飞 机公司商用飞机系列 众多发送机数据总线的 首次使用。 a r inc 6 2 9 所采用的是一个并行1 6 位字发送 胺 收数据调度安 排表。 从发射系统到接收系统， 数据总线可以 看作是存储系统 的一个存储器。数据从原存储器中某一个存储单元存储，并在适当时间通过总 线传输:然后， 送入用户存储器中的某一指定的 存储单元。 a r i n c 6 2 9总线在 波音 7 7 7 喷气式客机上的配置使用使得开发设计遵循a r i n c 6 2 9规范的航空系 统成为航空业的发展趋势。 目前美欧国家掌握着成熟的技术， 具有先进的产品， 但是价格不菲。 但是国 内 对a r inc 6 2 9 总线的研究如前所述基本上是空白 ，还没 有任何成熟的 产品问 世。因此，对 a r i n c 6 2 9数据收发设备的研究和开发将填补国内航空工业在这 一应用领域的空白，打破国外对该技术的垄断，具有良好的开发前景。 本论文研究的 a r i n c 6 2 9总线数据通信设备是指应用于对机载设备进行地 面检测的数据通信系统的软件设计。对机载电子设备的检测、维护具有较大的 使用价值。 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪论 内 针对基于a r inc 4 2 9 总线进行机载电 子设备测试的 研究也较多，也开发研制 出一些测试系统。由于 a r i n c 4 2 9本身结构的限 制，当传输数据量很大时， a r inc 4 2 9数据通信系统可能无法正确快速的完成数据传输的任务。随着 a r inc 6 2 9 总线规范的开 放，将a r inc 6 2 9 总线用于机载电 子设备测试，可以 满足大量数据的传输要求。但是，由 于国内 这方面的 研究很少，而国 外同 类产 品的价格很高， 有些又过分简单， 精度、性能不能 完全满足测试需要， 不适合 我国 众多的中、小 航空公司的使用。 国内的军机、 民机都非常需要这种高性能的总 线，但是国内 对 a r inc 6 2 9 总线的研究几乎为零。因此，我们开始研究 a r inc 6 2 9总线，为我们国家军机 机载电子设备的通信总线的研制作技术储备;另外，本论文的 研究内容是独立 研制一种用于波音7 7 7 飞机机载电子设备地面测试的a r inc 6 2 9 数据通信设备， 使得我国民机电子设备的故障维修不受制于国外的技术和产品。 1 . 3国内外研究与发展现状 波音飞机公司研制的a r inc 6 2 9 数字通信系统是b 7 7 7 飞机上子系统之间数 字通信的主要设备。 a r inc 6 2 9多用户数据总线是 波音飞 机公司商用飞机系列 众多发送机数据总线的 首次使用。 a r inc 6 2 9 所采用的是一个并行1 6 位字发送 胺 收数据调度安 排表。 从发射系统到接收系统， 数据总线可以 看作是存储系统 的一个存储器。数据从原存储器中某一个存储单元存储，并在适当时间通过总 线传输:然后， 送入用户存储器中的某一指定的 存储单元。 a r i n c 6 2 9总线在 波音 7 7 7 喷气式客机上的配置使用使得开发设计遵循a r i n c 6 2 9规范的航空系 统成为航空业的发展趋势。 目前美欧国家掌握着成熟的技术， 具有先进的产品， 但是价格不菲。 但是国 内 对a r inc 6 2 9 总线的研究如前所述基本上是空白 ，还没 有任何成熟的 产品问 世。因此，对 a r i n c 6 2 9数据收发设备的研究和开发将填补国内航空工业在这 一应用领域的空白，打破国外对该技术的垄断，具有良好的开发前景。 本论文研究的 a r i n c 6 2 9总线数据通信设备是指应用于对机载设备进行地 面检测的数据通信系统的软件设计。对机载电子设备的检测、维护具有较大的 使用价值。 西北工业大学硕士学位论文第 一 章 绪 论 1 . 4论文的主要内 容与编排 1 . 4 . 1论文的主要工作 a r inc 6 2 9 总线系统已经在波音7 7 7喷气式客机中配置使用， 而国内航空业 机载设备甚至故障诊断设备的研究和开 发还大都是基于a r inc 4 2 9 总线或其它 总线规范。本文研究开发设计用于机载电子设备测试的基于 p c i总线的 a r inc 6 2 9数据通信设备在于熟悉掌握 ar inc 6 2 9这种新型的数据总线，并且 为机载电子设备的测试和故障诊断设备的研制奠定基础。 本论文研究过程中的主要工作如下: 第一步工作是消化英文版的 a r inc 6 2 9 规范及相关资料。由 于国内 没有这 方面的开发经验可以借鉴，我们只能一边学习一边摸索。在熟悉 a r inc 6 2 9 规 范的基础上，提出a r i n c 6 2 9 数据通信设备的总体设计方案， 考虑到为了 使数 据通信设备具有即插即用的功能， 并能够适应未来 p c机的发展趋势， 所以将设 计定位为基于p c i 总线的数据通信设备。 第二步工作是了解 p c i 总线规范，并设计 p c i 子系统接口。由于直接实现 p c i总线传输难度很大，为此，我们在整个系统的设计实现分两步完成。首先 在硬件设计上实 现基于i s a的数据通信设备， 再完成从 i s a总线到p c i 总线的 转换。 第三步工作是设计数据通信设备的部分软件实现 。 例如: 数据的发送和接收 实现，介质访问协议的设计和 i s a接口模型的软件实现。 第四步工作是实现 p c i 子系统的驱动程序的设计，编写了wd m 设备驱动 程序基本类库， 基本实现了 访问p c i 的 配置空间、 物理内 存、 i / o 端口 。 同时还 介绍了驱动程序的安装和调试。 最后是实现数据通信设备的用户界面的设计， 以及数据通信设备的仿真测试 分析。 1 . 4 . 2论文结构安排 本论文共分七章: 第一章:绪论。对航空总线系统的研究进行了简要地回顾和总结，并简要 西北工业大学硕士学位论文第 一 章 绪 论 1 . 4论文的主要内 容与编排 1 . 4 . 1论文的主要工作 a r inc 6 2 9 总线系统已经在波音7 7 7喷气式客机中配置使用， 而国内航空业 机载设备甚至故障诊断设备的研究和开 发还大都是基于a r inc 4 2 9 总线或其它 总线规范。本文研究开发设计用于机载电子设备测试的基于 p c i总线的 a r inc 6 2 9数据通信设备在于熟悉掌握 ar inc 6 2 9这种新型的数据总线，并且 为机载电子设备的测试和故障诊断设备的研制奠定基础。 本论文研究过程中的主要工作如下: 第一步工作是消化英文版的 a r inc 6 2 9 规范及相关资料。由 于国内 没有这 方面的开发经验可以借鉴，我们只能一边学习一边摸索。在熟悉 a r inc 6 2 9 规 范的基础上，提出a r i n c 6 2 9 数据通信设备的总体设计方案， 考虑到为了 使数 据通信设备具有即插即用的功能， 并能够适应未来 p c机的发展趋势， 所以将设 计定位为基于p c i 总线的数据通信设备。 第二步工作是了解 p c i 总线规范，并设计 p c i 子系统接口。由于直接实现 p c i总线传输难度很大，为此，我们在整个系统的设计实现分两步完成。首先 在硬件设计上实 现基于i s a的数据通信设备， 再完成从 i s a总线到p c i 总线的 转换。 第三步工作是设计数据通信设备的部分软件实现 。 例如: 数据的发送和接收 实现，介质访问协议的设计和 i s a接口模型的软件实现。 第四步工作是实现 p c i 子系统的驱动程序的设计，编写了wd m 设备驱动 程序基本类库， 基本实现了 访问p c i 的 配置空间、 物理内 存、 i / o 端口 。 同时还 介绍了驱动程序的安装和调试。 最后是实现数据通信设备的用户界面的设计， 以及数据通信设备的仿真测试 分析。 1 . 4 . 2论文结构安排 本论文共分七章: 第一章:绪论。对航空总线系统的研究进行了简要地回顾和总结，并简要 西北工业大学硕士学位论文 第一章 绪论 介绍了本论文的主要工作。 第二章 :理论基础 。介绍了论文工作涉及的相关总线原理，主要介绍了 a r i n c 6 2 9 总线规范的基本原理、 物理层规范、 ma c层规范和 p c i 总线的特点、电气规范和配置空间。 第三章:数据通信设备的总体设计。 这一章 进行了a r inc 6 2 9 数 据通信设 备的整体设计和功能设计， 并且提出了从i s a总线到p c i 总线 转 换的思想。 第四 章: 数据通信设备的 部分软 件设计。由 于a r inc 6 2 9 是多发送器 / 接收 器双向传输数据的总线，那么在 a r inc 6 2 9数据通信设备中进行 数据通信时可能会发生读取访问冲突。因此，我将数据通信设备 的 软件设计重点 集中 在实现的 避免冲突的 载波监听多路访问 协议 上。同时还设计实现了c r c算法等。 第五章: p c i 驱动程序的设计。重点设计说明了构 成驱动 程序的基础类， 详细介绍了这些类的功能、用法及具体实现;并且说明了驱动程 序编译和调试环境的建立， 指出了驱动程序在设计和测试时 所遇 到的问题及解决方法。 第六章:实现调度安排表用户界面的设计，仿真测试与结果分析。 第七章:论文总结与展望。对论文工作进行了总结，提出了目前工作存在 的不足，并对下一步研究作了展望。 西北工业大学硕士学位论文第二章 ar i n c 6 2 9数据通信设备理论基础 第二章 a r i n c 6 2 9 数据通信设备理论基础 设计基于 p c i的 a r i n c 6 2 9数据通信设备必须遵循两种总线规范: a r i n c 6 2 9 总线规范和p c i 协议。本文的设计思想是以 标准的即插即用p c i 插 卡的形式通过 p c i 局部总线与计算机进行通信，p c i 总线的另一端则通过 a r i n c 6 2 9 总线与机载设备进行通信。基于p c i 的 a r i n c 6 2 9数据通信设备实 现计算机系统与a r inc 6 2 9 总线之间的连接。 作为二者之间数据通信的桥梁， 它必须分别实现通信设备与计算机系统的 接口以及通信设备与数据总线的 接 口 。 因此，了解和掌握 a r inc 6 2 9总线规范和 p c i 总线协议是本论文的基础。 2 . 1 a r i n c 6 2 9 总线规范 2 . 1 . 1基本原理 a r inc 6 2 9规范是一种在航空系统各电 子设备之间 进行数字数据传输的 航 空工业标准。该标准不仅适用于系统间通信， 也适用于系统内 部通信。而且在 规范中还定义了一些属性使得 a r inc 6 2 9总线系统可以与通用数据总线互连， 从而能实现全局通信。 a r inc 6 2 9 规范定义了一 个数字 通信系统， 在该系统内航空电子控制系统的 外场可更换部件 ( l r u s ) 或子系统可以 通过双铰线或光 缆完成 接收和发送数字 数据。 在总线上连接的每个子 系统都是通过其内 部的 终端祸 合到全 局总线上的， 这说明每个终端都具有完成系 统连接的能力， 从而使必需的连接器的数量达到 最小化 8 。 a r i n c 6 2 9规范定义了一个避免冲突的载波监听多路访问 ( c s ma / c a)协 议的总线型 拓扑结构。 总线上的 每一个终端同时具备发送和接受的 功能。对总 线的访问 控制是由所有参与传输的终 端完成的。各终端在自 动决定传输顺序的 同时，能保证连接在总线上的所有终端都有定时访问总线的机会，并且能够防 止各终端连续获得访问权而不顾及其它终端是否希望访问总线。a r i n c 6 2 9规 西北工业大学硕士学位论文第二章 ar i n c 6 2 9数据通信设备理论基础 第二章 a r i n c 6 2 9 数据通信设备理论基础 设计基于 p c i的 a r i n c 6 2 9数据通信设备必须遵循两种总线规范: a r i n c 6 2 9 总线规范和p c i 协议。本文的设计思想是以 标准的即插即用p c i 插 卡的形式通过 p c i 局部总线与计算机进行通信，p c i 总线的另一端则通过 a r i n c 6 2 9 总线与机载设备进行通信。基于p c i 的 a r i n c 6 2 9数据通信设备实 现计算机系统与a r inc 6 2 9 总线之间的连接。 作为二者之间数据通信的桥梁， 它必须分别实现通信设备与计算机系统的 接口以及通信设备与数据总线的 接 口 。 因此，了解和掌握 a r inc 6 2 9总线规范和 p c i 总线协议是本论文的基础。 2 . 1 a r i n c 6 2 9 总线规范 2 . 1 . 1基本原理 a r inc 6 2 9规范是一种在航空系统各电 子设备之间 进行数字数据传输的 航 空工业标准。该标准不仅适用于系统间通信， 也适用于系统内 部通信。而且在 规范中还定义了一些属性使得 a r inc 6 2 9总线系统可以与通用数据总线互连， 从而能实现全局通信。 a r inc 6 2 9 规范定义了一 个数字 通信系统， 在该系统内航空电子控制系统的 外场可更换部件 ( l r u s ) 或子系统可以 通过双铰线或光 缆完成 接收和发送数字 数据。 在总线上连接的每个子 系统都是通过其内 部的 终端祸 合到全 局总线上的， 这说明每个终端都具有完成系 统连接的能力， 从而使必需的连接器的数量达到 最小化 8 。 a r i n c 6 2 9规范定义了一个避免冲突的载波监听多路访问 ( c s ma / c a)协 议的总线型 拓扑结构。 总线上的 每一个终端同时具备发送和接受的 功能。对总 线的访问 控制是由所有参与传输的终 端完成的。各终端在自 动决定传输顺序的 同时，能保证连接在总线上的所有终端都有定时访问总线的机会，并且能够防 止各终端连续获得访问权而不顾及其它终端是否希望访问总线。a r i n c 6 2 9规 西北工业大学硕士学位论文 第二章 a r i nc 6 2 9数据通信设备理论基础 范允许总线既可以 进行周期性传输也可以 进行非周期性传输。 该规范在定义数 据传输是具有一定的 灵活 性，从而使周期性和非周期性数据能够在航空系统的 各个不同层次的临界情况下成功的传输。而且 a r inc 6 2 9 规范既允许系统进行 广播 通 信 也 允 许 其进 行点 对 点 通 信11 。 a r in c 6 2 9规 范主 要解 决 物理 层 ( p h y s ic a l l a y e r ) 和介 质访问 控制 子 层 ( m e d i a a c c e s s c o n t r o l s u b - l a y e r )的功能，它的内 容具体分为以 下几个部分: 总线的 物理接口 、总线数据协定、 数据字帧结构、 子系统状态描述原则。 规范 中并不包括高层 ( 网络层、传输层、会话层、表示层、应用层)协议的定义， 这些协议是所有应用的 子系 统总线的 类型独立确定i l l a r inc 6 2 9 终端最关键的两个部分就是 t c ( 终端控制器)和 s i m ( 串行接 口模块) 。其中，s i m位于a r inc 6 2 9 物理层，而物理层与ma c层间的接口位 于终端控制器间，以至于物理层的部分功能特性存在于终端控制器中。 a r inc 6 2 9终端的两端:局部端 ( l o c a l 端)和全局端 ( g l o b a l 端) 。局部端与 用户相连， 而全局端 通过终端祸合器连接在总线 媒质上与其它终端进行通信。 如图2 - 1 所示。 全 局端局 部端 图2 - 1 a r inc 6 2 9 终端的 全局端和局部端 数据的传送过程如下: 在进行数据传送之前， 终端监听总线并等待一个空闲 的周期， 在某个时 刻通过局部端的 1 6条并 行线从一个可访问 的内存空间发送 / 接收数据。对全局端进行标识，然后进行串行发送/ 接收，最后通过祸合器送到 数据总线上。 西北工业大学硕士学位论文 第二章 ar i n c 6 2 9数据通信设备理论基础 2 . 1 . 2物理层规范 物理层概述 物理层由物理层信号传输、物理层实体和相关介质组成。如图 2 - 2 所示 子系统 逻辑链 路控制子层 ( l l c) .口.口 . . . . .口.目口. . . . . 介质访 问控制子层 ( m a c ) 终端 控制器 物理信号传输 层 ( p l s ) 图2 - 2 a r inc 6 2 9 物理层结构 所有的 m a c层互为同等进程， 它们之间 遵循一定的协议来进行通信，而 这种通信只是将数据和控制信号传送到紧 接着它的物理信号传输 层，然后通过 相连介质传送到总 线介质后再进行传输， 到达目 的的终端后， 在通过物理层将 信息传送给相应的 m a c层。 也就是说， 物理信号传输层、物理层实体和相关 介质一起构成了 连接在网络上的 终端m a c层 之间的通信通道in 以下将介绍a r inc 6 2 9的物理层 2 .物理层实体 a r inc 6 2 9 规范 定义了三种类型的 物理层实体和介质: 电 流模式 总线、 电压 模式总线和光纤模式总线来说明 ar i n c 6 2 9网络的执行。电流模式总线的执行 是利用电流感应原理， 在一未屏蔽的双铰电缆线导体上感应电流。电流感应的 应用使得 在连接a r inc 6 2 9 终端与介质时 获得了 无侵入祸合机理 ( 所谓无侵入 是指没有电缆的拼接与分支连接器的需求)n 1 电流模式总线 西北工业大学硕士学位论文 第二章 a r i nc 6 2 9数据通信设备理论基础 通常，一个电 流模式总 线系统 应当遵循以下特性: a 、介质应该能 够容纳一个具有线性总线特征的拓扑结构，该 线性总线包含 一个t型 连接电缆将其与子系 统相连。 b 、 总线系统最多可以 连接 1 2 0 个终端。 c 、物理总线长度应该能够达到 1 0 0米。 d 、连接电缆的长 度应该能够达到4 0 米。 ， 串 行 接口 模 块 ( s i m ) 串行接口 模块 ( s i m) 是在终端控制器和电 流藕合器 ( c m c ) 之间 的接口 器 件。串行接口 模块的 基本功能是:一方面，将从终端控制器传送的m a n c h e s t e r i i 双相位逻辑信号转换为 d o u b l e t 模拟信号，然后由连到电流祸合器 ( c m c 的连 接电缆将该模拟信号祸合到总线电缆上;另一方面，将从电流祸合中收到的 d o u b l e t 模拟信号转换为m a n c h e s t e r i i 双相位逻辑信号后再将其送入终端控制器。 串行接口模块 ( s i m) 通过调节子系统提供的* 1 5 v电压来为电流祸合器 ( c m c 提供能量， 它能 够控 制 c m c的电源极性，具有检测c mc电 源的 过电 流情况的能力。在过电流的情况下，s i m将切断 c mc的，1 5 v电源。 电 流 模 式 祸 合 器 ( c m c ) 电 流模式祸合器是负责将 数据从总线上 祸合下 来或是 将数据 祸合到总线上 去的设备。 c mc的基本功能是将 s i m传送的 压差 d o u b l e t 以电 流 d o u b l e t 的 形 式 祸合到总线电 缆上;并且自 动检测出 现在总线电 缆上的电流d o u b l e t ， 并将其 转变为压差d o u b l e t 为s i m接收。 c m c 通过s i m获得1 5 v的电 源电 压， 它可以 在任何电 压极性下 进行 操作。 它与连接电缆之间的接口通过 mi lc - 2 6 5 0 0连接器来提供。至于 c mc的机械 特性这里就不作详细说明。 数据编码 从终端控制器t c传输到串 行接口 模块s i m以 及从s i m到t c的数字信息 必须编码成一系列的 数字脉冲形式， 通过互补的t t l线t x o / t x n与 r x i/ r x n 来实现。 数据编码为曼彻斯特 h双向电平编码。 定义为: 逻辑 1 ” 被编码为 1 / 0 , 即位的前一半为高电平而后面一半为低电平:逻揖 + 0 ”被编码为 0 / 1 ，即位的 西北工业大学硕士学位论文 第二章 a r i nc 6 2 9数据通信设备理论基础 前一半为低电 平而后一 半为高电平. 这种编码方式中， 逻辑跳变均发生在位的 中央，它既是数字信号的标志，也是时钟信号的标志。 2 . 1 . 3 m a c 层规范 介质访问控制子层的功能主要有两个:介质访问管理和数据的封装 ( 框架、 寻址、错误检测)il l 。 t .介质访问控制协议 由 于 a r inc 6 2 9总 线系 统采用的是总线型拓扑结构，因 此总线上 所有设备 必须共享传输介质。 为解决在同一时间多个设备同时争用传输介质的问题， a r inc 6 2 9 规定了避免碰撞的载波监听多路访问 ( c s m a / c a ) 协议。根据总线上 传输周期 性数据和非周期性数据的方式，具体又分为基本协议 b p和混合协议 c p 。 下面就基本协议b p 作简单介绍。 逻辑定义: 基本协议b p 是一种双模式协议，总 线即可以操作周期模式， 也可以 操作非 周期模式的数据。 b p 协议的实现主要是依靠三个访问 协议控制参数: 传 输时间间隔 ( t i , t r a n s m i t i n t e r v a