贺增昊1，刘洪庆1,2，邵成华1
（1.中国电子科技集团公司第四十一研究所，山
东青岛266555;2.电子信息测试技术安徽省重点实验室，安徽蚌埠233010）
He Zeng-hao 1,Liu Hong-qing 1,2,Shao Cheng-hua 1(1.The 41st Research Institute of CETC,Shan-dong Qingdao 266555;2.Key Laboratory of Electronic Measurement Technology,Anhui Bengbu 233010）知识竞赛系统
摘要：基于数字荧光示波器，提出了一种ARINC429总线协议分析设计方法。该文首先阐述了硬件解码触发和软件读取标签及显示的ARINC429总线协议分析方法的基本原理及实现方法，然后着重介绍了ARINC429总线协议分析的软件实现过程。该软件设计的菜单操作简单，数字波形显示和帧显示的信息全面易懂。相较于软件解码和硬件触发的方法，该设计有效地提高了解码和触发的速度。关键词：示波器；ARINC429；协议分析；软件设计中图分类号：TM935.3 文献标识码：A
文章编号：1003-0107(2017)05-0093-06
Abstract:Based on digital phosphor oscilloscope,an ARINC429bus protocol analysis method is proposed.First,it describes the basic principles and implementation of the ARINC429bus protocol analysis method,w-hich is that the hardware is designed for decoding and triggering,and the software is designed for reading l-abels and display.Then,it introduces the software implementation process of the ARINC429bus protocol a-nalysis method in detail.The menu of this software design is simple to operate,and the display of waveform and frame is easy to understand.This method effectively improves the speed of decoding and triggering,co-mpared to the method which is that the hardware is designed for triggering and the software is designed for decoding.
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Key words:oscilloscope;ARINC429;protocol analysis;software design CLC number:TM935.3
Document code:A
Article ID ：1003-0107(2017)05-0093-06
作者简介：贺增昊(1987-)，男，助理工程师，硕士研究生，从事示波器、
通用频率计数器等基础测试仪器的研发工作。0引言丰年虾孵化器
ARINC429是由美国航空无线电公司提出的一种机载数据总线，广泛应用于民用航空领域[1]。因此AR-
INC429总线的协议分析具有广泛的需求，也为民用航空领域的工程师们提出了一定的挑战。同时，目前针对ARINC429总线的协议分析大多采用硬件触发和软件解码的方法，由于软件解码速度慢使得仪器等待时间较长，触发频率较慢[2]。
针对上述问题，本文提出了一种基于我公司生产的数字荧光示波器的硬件解码触发和软件读取标签及显示的ARINC429总线协议分析方法，能够提供AR-INC429总线帧各字段和全部错误的触发解码功能。
1基本原理及实现方法
基于数字荧光示波器的ARINC429总线协议分析系统的整体框图如图1所示，包括用户设定模块、PCIe 模块、参数寄存器模块、解码/触发模块、解码存储模块、采集模块、数字波形显示模块和总线帧显示模块。
该系统的工作流程如下：采集模块首先对AR-INC429总线上的模拟信号进行采样并存储，然后将采样值与用户设定模块设定的数量化后触发电平的数字值进行比较得到布尔值，最后将得到的布尔值送到解码模块；筋膜放进B里面
解码/触发模块首先根据用户设定模块设定的位速率生成合适的采样时钟和计数器计数时钟，然后接收
到采集模块发送的启动信号后启动计数器计数(用来标定时间信息)，并根据采样时钟对采集模块送来的布尔值进行采样，接着根据采样值得到总线的帧信息，从而生成对应的标签(此标签包括帧信息值和一个计数值，该计数值用来标定与触发位置的相对位置)并发送给解码存储模块存储，同时更新标签个数寄存器值和标签存储循环标志，最后将帧信息与用户设定模块设定的触发条件比较，如满足触发条件则将此时的计数器值存储到
数字荧光示波器的ARINC429总线协议分析软件设计
Software Design of ARINC429Bus Protocol Analysis for Digital Phosphor Oscilloscope
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2017年第05期(总第362期)
图1ARINC429总线协议分析系统
特定寄存器中并发送触发信号给采集模块；采集模块收到触发信号后继续采集一段时间后结束采集并发送采集结束信号给解码/触发模块，发送采集结束中断给上层应用程序；
解码/触发模块接收到采集结束信号后停止解码，示波器上层应用程序的数字波形显示模块收到采集结束中断后读取采集模块采集的AD 采样值，并通过特定算法生成波形显示图像；总线帧显示模块
收到采集结束中断后读取标签信息、
标签长度信息、触发位置信息、标签存储循环信息，然后经过总线帧显示模块的数据处理模块处理生成总线帧图像，事件表信息列表；示波器上层应用主程序等待数字波形显示模块和总线帧显示模块处理完成后将生成数据列表及图像信息显示。
ARINC429总线协议分析系统的上层应用程序包括用户设定模块、数字波形显示模块和总线帧显示模块。用户设定模块包括触发菜单、总线菜单和运行控制菜单，其中触发菜单用来设置ARINC429总线分析的触发条件，总线菜单用来设定ARINC429总线的物理特性，运行控制菜单与数字荧光示波器运行控制菜单共用。
ARINC429总线协议分析系统的硬件电路包括参数寄存器模块、模拟信号调理电路、采集模块、总线
解码/触发模块、解码存储模块，其中参数模拟信号调理电路、采集模块与数字荧光示波器的其它功能共用，
参数寄存器模块用来存储设定的ARINC429总线的总线物理特性参数值和触发条件参数、
解码/触发模块完成触发信号产生和标签数据产生，解码存储模块用来存储解码标签数据。
PCIe 总线模块是ARINC429总线协议分析系统的上层应用程序和硬件电路之间数据传输的桥梁。上层应用程序设定的总线特性、触发条件和运行控制状态通过PCIe 总线传递给硬件电路，硬件电路产生的采集数据、解码标签数据和采集结束中断等信息通过PCIe 总线传递给上层应用程序，其中采集数据、解码标签数据通过DMA
完成。
(a)ARINC429总线定义菜单显示效果图
图2ARINC429总线定义菜单和触发菜单
2ARINC429总线协议分析软件设计
ARINC429总线协议分析软件设计主要包括菜单设计、数字波形显示设计、总线帧显示设计、标签信息设计和标签数据读取等。
2.1菜单设计
ARINC429总线菜单主要分为三个部分，由于运行控制菜单与数字荧光示波器共用，
柿子去皮机不再累述。总线设置菜单和触发设置菜单的设置内容分别如图2
所示。
ARINC429总线定义菜单能够提供非常全面的ARINC429总线特性的用户自定义功能，
可以设置信号类型、高低阈值、位速率等多种物理特性，实现了输入信号的全方位的用户自定义。触发菜单能够提供字开始、字停止、标签值、标签值和位数值、
标签最大和最小值、奇偶校验错误、字错误、间隙错误、所有位(眼)、所有0位，所有1位等多达11种的触发类型选择，可以充分满足用户的不同需求。ARINC429总线定义菜单和触发菜单在数字荧光示波器界面显示效果如图3
所示。
(b)ARINC429总线触发菜单显示效果图
图3
2.2数字波形显示模块设计
ARINC429总线协议分析的数字波形产生流程如下：首先数字荧光示波器整机软件收到中断后读取得到采集模块采集到的AD 采样原始值，然后将原始值经过抽点或者补点等处理后传给数字波形显示模块，接着数字波形显示模块将其与用户设定的高低阈值的数字量
化值进行比较后得到三种电平状态值，
然后通过数字波形显示算法将状态值转化为屏幕上的显示值，最后将得到的图像交给上层应用程序显示。
为了达到更好的显示效果，
当采集深度小于100k 时，将原始采集数据值经过抽点(等时间长度抽取原始采集数据)或者补点(等时间长度插入无效点)后的采
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集原始数据点等于屏幕像素点数，
当采集深度不小于100k 时，原始采集数据点数为屏幕像素点个数的4倍
[3]
，这样就使得画数字波形时需要对采集深度不小于
100k 时的情况特殊处理。当采集深度小于100k 时，ARINC429总线的数字波形显示算法如图4所示，其中N 代表像素点个数、S_Value 代表原始采样值经过处理后的数据值、N_Value(N)代表原始采样值经过处理后的第N 个数据值、NULL_Data 代表无效采样值、High_Level 代表高阈值、Low_Level 代表低阈值、D_Value 代表绘图值、D_Value_pre 代表前一绘图值、NULL_Draw 代表无绘
图值。
图4采集深度小于100k 时数字波形显示算法
当采集深度不小于100k 时，ARINC429总线的数字
波形显示算法如图5所示，其中，M 代表每个像素点对应的四个处理后的采集数据值中的4个中的一个数据值，
其它量的含义跟图4
相同。图5采集深度不小于100k 时数字波形显示算法
ARINC429总线协议分析的数字波形真实显示效果图如图6所示，
由图6可知数字波形能够很好的反映模拟波形的真实含义，可以很好地辨识总线中传输的数字量。
图7ARINC429标签结构
图6ARINC429总线数字波形真实效果图
2.3总线帧显示设计
ARINC429总线帧显示流程如下：
首先数字荧光示波器整机软件将采集中断信号转发给总线帧显示模块，总线帧显示模块收到采集结束信号后采用DMA 方式读取总线标签数据，然后将总线标签数据交给帧显示信息提取算法模块，总线帧显示信息提取算法模块将标签数据组合成事件表信息和帧显示信息，
接着将事件表信息和帧显示信息转化为事件列表和帧显示图像，最后将得到的事件表和图像交给上层应用程序显示。
为了实现上层应用程序与硬件解码电路之间的帧信息传输，将ARINC429解码信息以标签的形式传输，标签的组成部分和含义如图7所示。
针对ARINC429总线解码与触发设计了12种标签类型：标签开始标签、标签结束标签、SDI 开始标签、SDI 结束标签、数据开始标签、数据结束标签、SSM 开始标签、SSM 结束标签、校验开始标签、校验结束标签字错误标签和间隙错误标签。通过这些标签可以很好地组合出帧信息和定位到触发
位置。
ARINC429总线帧显示算法模块读取图7结构的硬件解码模块通过PCIe 模块传输回来的标签信息组合成以帧字段为一部分的结构体信息块，
此结构体包括帧字段类型、帧字段数据值、帧字段在总线上传输时相对于触发位置的开始时间和结束时间等部分。
拆除工具此结构体信息块类型有八种分别如下：标签字段信息块、SDI 字段信息块、数据字段信息块、SSM 字段信息块、校验字段信息块、校验错误字段信息块、字错误字段信息块、间隙错误字段信息块[4]
。标签信息组合转化过程如图8所示。
经过图8的流程得到帧字段信息结构体之后，帧显示模块可以按照顺序以此将帧信息画出来，
帧显示效果如图9所示。示波器软件设计的可靠性主要从以下几方面考虑：自顶向下及结构化软件设计技术、规范的软件测试与档案管理制度、软件容错设计、
信息保护设计。图9中帧信息都是以字段的形式显示，用户可以清晰地得到ARINC429总线传输的信息和总线传输过程中的错误。事件表显示方法跟帧显示方法一样，只是显
示方式不同，在此不再累述。
3结论
本文主要介绍了基于数字荧光示波器的硬件解码触发和软件读取标签及显示的ARINC429总线协议分析方法，并且着重介绍了ARINC429总线协议分析模块的软件设计。由生产的样机产品的测试效果可知该方法相较于以往硬件触发和软件解码的方法，触发速度更快，该软件界面友好，数字波形和帧信息显示美观易懂，为数字荧光示波器的ARINC429总线协议分析功能的大批量应用奠定了基础。
参考文献：
[1]袁梅，曲方伟.民用机载航空总线发展概述[C].大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集,2007.
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图9
帧显示效果图
图8字段信息转化流程图[2]廖治宇.通用ARINC429总线分析测试仪的软件设计
[D].成都：电子科技大学,2013.
[3]向前，刘洪庆，包思云，等.一种高效的示波器数字荧光图像处理映射法[J].电子测量技术,2016,39(3):56-59.
[4]ARINC429Protocol Tutorial[Z].Condor Engineering,Inc,20
04.
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