一种多通道ARINC429总线收发容错方法的研究

摘要： 针对目前ARINC429航空总线的研究情况，采用SoPC技术设计多通道ARINC429总线收发装置，解决了目前使用常规芯片导致的系统复杂，使用不便，价格昂贵的缺点。在需要多通道数据收发的场合中，能够有效降低系统的复杂度，提高系统配置的灵活性。另外，在接收过程中研究了改进型倍频容错数据采集方法，首次将其应用于ARINC429航空总线，实验证明该方法能够大大提高数据接收的准确性和可靠性。

关键词： ARINC429； SoPC； 倍频容错； 收发装置

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）06?0125?04

在现代飞机上，系统与系统之间，系统与部件之间需要通过总线传输大量信息。ARINC429总线是美国无线电公司制定的一种串行标准，是基于Mark33数字信息传输系统（Digital Information Transfer System，DITS）的单向数据总线标准，是专为航空电子系统通信规定的航空工业标准。它详细规划了航空电子系统中各个电子设备之间及电子设备和系统之间的通信方式。由于其数据资源丰富，数据精度高，现已广泛应用于波音、空客，中小型的直升机中。它规定了航空器电子系统生产厂家对部件、通用设计、结构及试验规范的要求，使那些影响系统互换性和电气特性达到最大程度的标准化[1]。

1 常见的ARINC429协议芯片

目前常规的ARINC429总线通信的接口设计都是采用DEI1016，HS3282等专用芯片。这些芯片的数据格式固定，数据收发过程中需要额外的数据转换，使用起来不够灵活方便。而且价格昂贵，通道数较少，在实现多通道收发时，不仅增大了系统的体积和复杂度，而且成本极高。

2 ARINC429发送模块设计

2.1 电平转换电路

2.2 发送模块状态转换

发送模块主要有5个输入端口和3个输出端口，输入端口包括：时钟clk_800 kHz、复位rst_n、发送使能en_tr、待发送数据indata、发送速率speed，输出端口主要包括：发送标志busy_tr、ARINC429总线busa_o和busb_o。

发送模块主要有3个状态：空闲、发送数据、发送时钟。当发送模块处于空闲状态时，只要发送使能信号en_tr为1，则说明有需要发送的信号，跳转至发送数据状态。由于ARINC429总线每一位前半个周期为数据，后半个周期为时钟，所以发送数据和发送时钟这两个状态构成了每一位的发送过程，两个状态不断交替，SoPC系统设计中发送模块状态转移图如图2所示。

3 ARINC429总线接收模块设计

3.2 接收状态转换

3.3 信号调理

3.4 校验

校验主要包括奇偶校验和字校验。奇偶校验主要是将所有数据逐位异或，再根据校验方式将异或结果和校验位相比较。

4 倍频容错的自适应速率接收方法

在前面提出的数据接收方法中，如遇到干扰信号，经位检测检测到后，则把该数据舍去。虽然保证了数据传输的正确性，但无法保证数据的有效传输，需要多次反复传输，来确保把所需传输的数据都传输到接收方。干扰信号无处不在，无法在根本杜绝，但是却可以通过算法来修正错误的数据。

这里使用的容错数据接收方法，电平转换电路、端口定义和状态转换都与以上的方法相同，但不采用ARINC429总线提供的时钟采集数据，而是对ARINC429总线的两根信号线分别进行8倍频的采样。通过检测中前4次时钟周期的平均值来计算出数据的传输速率，对后面的数据选择相应的接收频率来接收。对于每一根信号线，当每一位采样得到的数据不一致时，即由于干扰导致产生波动时，采用投票的方式表决；再将两根信号线的信息进行综合比对，纠正错误信号；如还有错误位，且只有1位错误，则运用校验位信息计算出该错误位的实际信息，否则才舍掉此数据。

4.1 传输速率自动识别

普通的ARINC429接收模块设计中没有检测传输速率，是因为无需通过传输速率来识别数据传输结束时的四位时钟周期。而本文所介绍的方法，则需通过速率来选择采样频率。当传输速率为100 Kb/s时，用800 kHz的时钟采样；当传输速率为12.5 Kb/s时，为使时钟统一采用800 kHz的时钟，但用计数器计数，计数值为8才采样一次，以实现100 kHz采样。

4.2 采样数据处理

采用8倍频对信号进行采样，这样对每一位而言，前半个周期的数据采样了4次，后半个周期的归零时钟也采样了4次。将对数据采样4次得到的4个数据进行对比，若4个数据一致，则传输无错误；若4个数据有3个一样，则采用投票的方式，采信3个一样的数据；若两个数据为0，而另两个数据为1，则无法判断此位数据的值，记为错误位。

由于ARINC429总线采用差分方式传输，即同时接收到两组数据。可同时对这两组数据做位检测，并对其进行综合判断。

5 结 语

实验证明，使用本文论述的方法能够自动识别传输ARINC429总线速率，在多通道通信过程中，充分发挥了SoPC系统实时性和并行数据处理的优势，在民用航空电子设备的设计和研究中能够可靠地进行数据传输，降低航空电子行业在测试设备方面的成本投入。

参考文献

[1] 张文林.基于网络的多通道航空总线测试接口的研究[D].天津：中国民航大学，2012.

[2] Device Engineering Inc. Dell016 ARINCA29 transceiver [R]. [S.l.]： Device Engineering Inc.， 2002.

[3] Harris Corporation. HS?3282ARINC429BUS interface line drive circuit [R]. US： Harris Corporation，1992.

[4] 姜运生.TS68C429在ARINC429通信中的应用[J].世界电子元器件，2007（7）：46?50.

[5] 刘明东，禄乐滨.ARINC429总线接口芯片及接口板的设计与实现[J].空军工程大学学报：自然科学版，2011（1）：30?32.

[6] 郭林.基于FPGA的星载机容错技术研究与设计[D].北京：清华大学，2009.

[7] 苗剑峰.高性能导航计算机的ARINC429总线通信研究与实现[J].计算机测量与控制，2007（11）：9?11.