基于HI-8282 的DITS 总线收发系设计与实现

■ 史健康 李钰歌/法荷航空附件服务（上海）有限公司

0 引言

随着社会经济的发展，航空业逐渐发展壮大，航空业发展的同时带来了航空通信技术的进步与发展。作为航空通信技术中不可或缺的重要角色，DITS总线从诞生之初便被广泛应用于飞机各个系统中，且因其稳定和抗干扰的特点，在某些新开发的航电设备中也得到了应用。

正是因为DITS 总线规范在航电设备中的大量应用，在航空部件测试过程中不可避免地需要使用符合该规范的设备与航空部件进行通信。但现有的DITS 通信设备价格昂贵，且软硬件技术保密，无法用于某些航电测试设备的开发。为了解决这个问题，需要开发一种全新的DITS 总线收发系统，用于实现与航电设备的通信功能。

1 DITS 总线介绍

DITS（Digital Information Transport System）协议的全称为数字式信息传输系统，最早由美国航空电子工程委员会于1977 年7 月提出，于同年同月发表并获得批准使用，是目前民用航空领域使用最广泛的标准协议。该总线还有另一个广为人知的名称，即ARINC 429 总线。因抗干扰能力强、结构简单、性能稳定等突出特点，该总线系统在目前主流机型的航电设备中被大量用于系统交互、信息传输和指令控制。

DITS 总线是一种单向传播总线，可以由一个设备发送，多个设备接收，类似于一种广播式传输。其传输介质主要使用屏蔽双绞线，传输速率有高速和低速两种，高速时位速率为100kb/s，低速时位速率在12 ～14.5kb/s，设定速率后的位速率的误差范围应在1%之内。高速和低速信号不能在同一条传输总线上传输。DITS 总线使用双极性归零码，高电平为+6.5 ～+13V，零电平为-2.5 ～+2.5V，低电平为-6.5 ～+6.5V。

DITS 总线使用32 位的数据字，数据字的格式通常如图1 所示，包含标号位LABEL、源终端识别码SDI、数据组、符号状态矩阵位SSM 和奇偶校验位P。

图1 DITS总线数据格式

在这32 位的数据字中，LABEL 用八进制表示，主要用于标识数据类型，即反映该数据来自哪一个飞机系统；SDI 用于标识数据的目的地或起源地；数据组即传输的数据，一般用BCD 码或者BNR 码标识，当数据位超过19 位时会使用SDI 或者SSM 区域；SSM 用于描述传输的数据性质；P 用于检查发送的数据是否有效。

由上述DITS 总线的简介可知，收发设备需要满足该通信规范的难度较高，目前该类收发设备主要是通过FPGA 实现，当然也有少部分是通过定制化的芯片实现的。为了降低开发难度，节约后期维护成本，该收发系统使用了HOLT 公司生产的DITS 收发芯片HI-8282 以及HI-8585。

2 HI-8282 以 及HI-8585 芯 片 简介

HI-8282 是HOLT 公司生产的一种支持DITS 总线协议的串行收发芯片，用于将DITS 串行数据总线连接到16 位并行数据总线，提供了两个接收器和一个独立的发射器。接收器输入电路和逻辑的设计符合DITS 的加载、电平检测、定时和协议规范。发送器部分提供DITS 通信协议，需要使用Holt HI-8585或HI-3182 等外部线路驱动器将5V 逻辑输出转换为DITS 驱动电平。

每个独立的接收器以10 倍于数据速率的采样率监控数据流。采样率可通过软件选择为1MHz 或125kHz。奇偶校验的结果作为第32 个ARINC 位可用。HI-8282 检查空值和数据时序，并拒绝错误模式。例如，选择125kHz 时钟时，数据频率必须介于10.4kHz 和15.6kHz之间。该芯片接收功能简图如图2所示。

图2 HI-8282接收功能简图

发送器有一个先进先出（FIFO）存储器，用于存储8 个ARINC 字进行传输。发送器的数据速率可通过软件选择，通过将主时钟CLK 除以10 或80 得到。主时钟用于在所需分辨率内设置ARINC传输的时序。该芯片发送功能简图如图3 所示。

图3 HI-8282发送功能简图

HI-8282 芯片具有如下特征：

1）符合ARINC 429 规范；

2）16 位并行数据总线；

3）接收接口可直接接收ARINC 429 数据；

4）10 倍数据速率的时序控制；

5）可选择的数据时钟；

6）拒绝接收不符合ARINC 429 规范的信号；

7）自动发射机数据定时；8）自检模式；

9）奇偶校验功能；

10）低功率、单5V 电源。

HI-8585 是HOLT 公司生产的一种驱动芯片，该芯片可以将HI-8282 输出的逻辑电平转换为DITS 驱动电平。该芯片使用内置的带隙基准将TTL 电平转换为符合DITS 标准的电平，并可通过改变其逻辑输入的方式控制差分信号输出的斜率，即DITS 信号的位速率。

HI-8585 芯片具有如下特征：

1）采用小封装的直接ARINC 429线路驱动器接口；

2）具有用于设置输出电平的片上带隙基准；

3）具有片上线路驱动器斜率控制和可通过逻辑输入选择功能；

4）使用低电流，12 ～15V 电源，功耗低；

5）电平逻辑采用CMOS/TTL 逻辑。

HI-8585 芯片功能如表1 所示。

表1 HI-8585功能表

3 DITS 总线收发系统硬件设计

DITS 总线收发系统由MCU 控制处理单元以及429 接口单元组成。其中，MCU 控制处理单元主要负责接口芯片驱动、上位机指令解码、ARINC 429发送数据转换、ARINC 429 接收数据转换功能；429 接口单元主要负责2 路ARINC 429 数据接收，1 路ARINC 429数据发送功能。系统硬件原理框图如图4 所示。

图4 DITS系统硬件原理框图

MCU 控制处理单元使用ATMEL公司生产的ATmega2560 芯片作为主控芯片，该单片机可以与HI-8282 芯片进行连接并充分调用其功能。

ATmega2560 单片机是一种低功耗的8 位单片机，采用AVR 的增强版RISC 指令集，使用16MHz 的外置无源晶振，其外围输入输出接口丰富，可以满足本系统的硬件要求。ATmega2560芯片相关电路设计如图5 所示。

图5 ATmega2560相关电路原理图

429 接口单元采用HI-8282 芯片与HI-8585 芯片进行设计。其中，HI-8282是主要的控制接口芯片，其功能包括2路ARINC 429 输 入，1 路ARINC 429输出。输出部分使用HI-8585 芯片驱动，将HI-8282 产生的TTL 电平信号转换为符合DITS 规范的信号。HI-8282 芯片使用1MHz 有源晶振提供工作时钟信号。相关电路图如图6 所示。

图6 DITS接口电路图

4 DITS 总线收发系统软件设计

根据HOLT 公司提供的HI-8282 芯片的数据手册，可以获得该型接口芯片的控制方式，本文将从发送和接收两个方面详细阐明HI-8282 芯片的单片机控制程序流程。

当单片机接收到指令需要发送ARINC 429 数据时，首先，检测TX/R引脚是否为高电平，若为高电平，则代表发送存储器内无数据，发送可以继续；若不是高电平，则需要等待发送存储器清空，方可进行下一轮发送。之后，单片机将ENTX 引脚电平置为低电平，此时数据发送停止；再将需要发送的数据低位装载到16 位数据总线上，将PL1 置为低电平，PL2 置为高电平；将需要发送的数据高位装载到16 位数据总线上，将PL1 置为高电平，PL2 置为低电平。此时，可查询TX/R 引脚的状态，若为低电平，则代表待发送数据已经装载到存储器中，将ENTX 引脚切换为高电平状态，数据就可以发送出去。HI-8282 的发送存储器可以装载8 个32 位的数据，并且采用的是先进先出的原则。DITS 总线收发系统具体软件流程如图7所示。

图7 发送软件流程图

当HI-8282 的接收通道1 接收到数据时，芯片将DIR1 置为低电平，通道2 也是同样的原理。如果想要接收通道1 的信号，可以将SEL 置为低电平，再将EN1 置低电平，EN2 置高电平，便可以通过数据总线得到低16 位的数据；之后，将SEL、EN1 置高电平，将EN1置低电平，便可以通过数据总线得到高16 位的数据。通过这个过程，便可以将通道1 接收到的数据从芯片提取到单片机中。通道2 的控制也与通道1 类似，只不过控制的引脚与通道1 有区别，在此不再赘述。DITS 总线收发系统具体软件流程如图8 所示。

图8 接收软件流程图

需要注意的是，由于该芯片接收和发送使用的是相同的引脚，即BD00-BD15，这些引脚是具有输入输出功能的，所以在单片机程序控制时，需要注意对单片机接口输入输出模式的控制，在对应的操作之前必须提前设置单片机引脚模式，否则可能损坏单片机以及HI-8282 芯片。

5 结束语

通过对DITS 总线收发系统的回环测试，本文所述设备可以实现2 路DITS 接收以及1 路DITS 发送功能，并且支持两种位速率的传输方式。通过对发送信号波形特征的检测，该系统发送的波形完全符合DITS 总线规范。在实际的使用测试之后，该收发系统可以实时接收航电设备发出的ARINC 429 数据，且接收数据准确。

本文使用HI-8282 芯片以及HI-8585 芯片两种ARINC 429 专用接口芯片，设计了符合DITS 规范的收发系统，为航空部件维修领域相关问题的处理提供了一种全新的解决方案和设计思路。经过一系列的软件硬件测试与改进，该系统稳定性获得了大幅度提高。目前，该收发系统已经完成全部验证工作，正在进行机窗加温计算机（WHC）、音频控制面板（ACP）相关测试软件的适配工作，通过研究WHC 和ACP 的通信协议并修改上位机软件，可以使用DITS系统与待测设备进行实时通信，实现A320 飞机WHC 以及ACP 的部件测试工作。