ARINC429總線實驗系統的硬件集成

張彤 楊建新

1.海軍駐四○七廠軍事代表室，河南 洛陽 471039； 2.海軍航空工程學院青島分院，山東 青島 266041

ARINC429總線實驗系統的硬件集成

張彤1楊建新2

1.海軍駐四○七廠軍事代表室，河南 洛陽 471039； 2.海軍航空工程學院青島分院，山東 青島 266041

介紹了ARINC429總線的拓撲結構，分析了ARINC429總線接口模塊的形式選擇，并提出了利用圖論和信息傳輸關系計算所需總線模塊包含發送器和接收器數目的方法，給出了m發n收ARINC429總線模塊適配器的設計方法，以及總線適配器的內接和外接擴展方法，以達到最經濟、有效地連接實現m發n收模塊所有可能的拓撲結構的目的。

ARINC429總線；拓撲結構；鄰接矩陣；適配器

ARINC429 Data Bus; Topology; Adjenacy Matrix;Adapter

引言

ARINC429總線協議是美國航空電子工程委員會于1977年7月提出的航空數字總線傳輸標準，它規定了航空電子設計及有關系統間的數字傳輸要求，現廣泛應用于民用、軍用飛機上。雖然它的傳輸速率比不上M ILSTD-1553B總線，但具有接口方便、數據傳輸可靠的特點，比較適合于對傳輸速率要求不高的場合[1,2]。ARINC429總線是集中式數字系統結構的典型代表。我國航空工業參照A R IN C 4 2 9標準頒布實施了航空標準HB6096-86，即《SZ-01數字信息傳輸系統》。

在實際教學過程中，ARINC429總線的雙極歸零制編碼和參數表是教學的重點，AR INC 429總線的拓撲結構是教學的難點，只有通過實驗演示和實作才能獲得比較好的學習效果。因此，如何經濟、有效地構建設計ARINC429總線實驗系統，以便提供多種拓撲結構演示和實作就顯得十分重要。

1 ARINC429總線拓撲結構

ARINC429總線是一種單向廣播式串行數據總線，傳輸介質為屏蔽雙絞線，傳輸一對差分信號。在一條ARINC429總線上可連接發送和接收兩種設備，其中發送設備只能有一個，而接收設備卻可以有多個，其基本拓撲結構如圖1所示。

信息只能從通信設備的發送器輸出，經總線傳輸至與它相連的需要該信息的其他設備的接收器，信息不能反向傳輸至發送器。如果兩個通信設備間需雙向交換信息，則需要在每個傳輸方向使用一根獨立的傳輸總線。這樣就增加了系統的復雜性，而且由于發射器的負載能力有限，在一條總線上能被允許連接的接收器不能超過20個。

圖1 ARINC429總線基本拓撲結構

如果存在多種傳輸關系，則構建的總線系統表現為復雜的拓撲結構。圖2為雙總線拓撲結構的總線系統，其中總線1的發送設備為1，接收設備有3個，即2、3和4；總線2的發送設備為1，接收設備有5個，即1、5、6、7和8；1與2之間有兩條總線，可以實現相互之間的信息交換。

圖2 雙ARINC429總線拓撲結構示意圖

2 ARINC429總線接口模塊的選擇

2.1 模塊形式的確定

AR INC 429總線接口模塊的形式比較多，如：PC 104、ISA、PC I、PX I、USB等。應根據所建總線系統的實際情況選擇采購與之相匹配的模塊形式[3-6]。由于USB接口的普遍性和由此所帶來的可攜帶性，實驗系統的ARINC429總線接口模塊選購USB形式。

2.2 信息傳輸關系的有向圖和鄰接矩陣表示

根據實際系統的信息傳輸關系，可得對應的信息傳輸關系有向圖。有向弧代表信息從源節點傳輸到目標節點[7]。圖3為圖2中雙ARINC429總線拓撲結構所對應的有向圖。

圖3 信息傳輸關系圖

依據信息傳輸關系有向圖，可構建相應的鄰接矩陣A，其元素定義如下：

圖3 信息傳輸關系所對應的鄰接矩陣A為

2.3 發送器和接收器數量的計算

AR INC 429總線模塊大多是多發多收的，應根據實際系統的具體情況確定所需發送器和接收器的數量。

a. 發送器的數目

發送器的數目即信息源的多少，對應于鄰接矩陣A中的非零行向量的個數，也就是AR INC 429總線的數目。

b. 接收器的數目

由于在一條總線上，發送器只能有一個，而接收器卻可以有多個。某一發送器所連接的接收器的數目等于鄰接矩陣A中發送器所對應的行向量中的非零元素的個數，即該節點的出度。因此，鄰接矩陣A中所有非零元素的個數即為總線系統所需總的接收器數目。

3 ARINC429總線適配器的設計

文獻[8]詳細分析了ARINC429總線模塊的拓撲結構譜，并依據二分法提出了AR INC429總線適配器的設計方案：

式中：m為實驗系統中發送器的數目；n為接收器的數目；ni為各條總線中與接收器相連的端子數目。

圖4為4發4收模塊所設計定型的ARINC429總線適配器，其中每條總線多出的一個接收端子可連接示波器，便于觀察波形，方便實驗教學使用。對于每條總線而言，為避免ARINC429總線適配器上接收端與發送端連接過程中出現混淆，采用針孔防差錯設計，規定連接發送設備的插座端子為針，連接接收設備的插座端子為孔，從而避免由于連接錯誤而出現工作不正常的現象。將各個設備的接口統一為兩種接口形式，方便系統的構建。

圖4 4發4收所對應的總線適配器模塊

4 適配器的擴展應用

實驗中使用4發4收總線適配器模塊，最多能實現11種可能的拓撲結構。可以通過適配器內部連接或適配器之間的外部連接實現多于4個發送和接收端口的總線拓撲結構。通過對適配器的擴展應用，使該適配器既可以作為一個單獨的實驗設備進行試驗，也可以作為一個模塊組合使用。

4.1 適配器內接串聯擴展

適配器內接串聯擴展是指在一個適配器上通過串聯多條總線線路以便實現多于4個接收設備的連接方式。內接串聯時，可實現的總線數會相應減少。如圖5所示，第二排的發送端子與第一排的任意接收端子內接連接，可實現1發7收的拓撲結構，但只能實現3條總線。同理，通過多個總線的串接，該適配器最多可實現1發9收的拓撲結構。

圖5 適配器內接串聯擴展

4.2 適配器外接串聯擴展

適配器外接串聯擴展是指在2個或多個適配器之間通過串聯相應的總線線路以實現多于4個接收設備的連接方式。外接串聯時，可保證總線數不變。如圖6所示，將2個適配器的接收端與發送端對應相連接即可最多實現4發9收拓撲結構。

圖6 適配器外接串聯擴展

4.3 適配器混接擴展

適配器混接擴展是指2個或多個適配器通過內接串聯及外接串聯擴展的復合連接方式。通過對上述2個適配器的混接擴展最多可以實現1發17收的拓撲結構，基本能夠滿足實驗最大需求。同理，多個適配器組合使用可以實現任意m發n收拓撲結構。

5 結束語

所設計的ARINC429總線演示系統已成功應用于課堂教學和實驗實做。其中總線適配器具有很強的經濟性，且連接方便，形象直觀。通過對單個適配器的內部連接和多個適配器的外部連接，在兼顧經濟效益與實驗效果的同時，適應了不同拓撲結構的演示和實驗需求，滿足了課程實驗教學的需要，取得了明顯的實驗教學效果，還可應用于工程測試。

[1]支超有．機載數據總線技術及其應用[M]．國防工業出版社.2009

[2]王勇．ARINC429總線接口的設計[D]．西安：空軍工程大學工程學院.1995

[3]唐亮，于海勛，劉利杰，等．基于虛擬儀器的ARINC429總線信號仿真和測試方案[J]．電子產品世界.2007，21(10):132-134

[4]吳季寧．在航空維修測試中使用ARINC429數字信息傳輸的設計與實現[D]．成都：電子科技大學.2 00 5

[5]王燕．基于ARINC429航空數據總線的便攜式機載電子設備故障檢測儀的研制[D]．西安：西安科技大學.2 00 4

[6]權巍，王俊杰，邢忠寶．ARINC429總線通訊軟件測試環境的構建[J]．計算機測量與控制.2008，16(12):20-22

[7] Alan Tucker(美)．應用組合數學[M]．人民郵電出版社.2009

[8] 楊建新，楊明緒．ARINC429總線適配器的設計[J]．儀器儀表用戶.2010，17(2):48-49.

Hardw are Integration of Experiment System of ARINC429 Data Bus

Zhang Tong1Yang Jianxin2
1 Military Representative Office of Navy in 407, Luoyang, 471039;2 Aeronautical Military Representative Office of Navy in Luoyang, Luoyang, 417009;3 Nava Aeronautical Eng. Institute Qingdao Branch, Qingdao, 266041Qingdao Branch, Navy Aeronautical Engineering Academy, Qingdao 266041,China

The topology of ARINC429 Data Bus is introduced,the choice of the interface of ARINC429 module is analyzed, the computing methed of the number of sender and receiver in module is provided by graph theory and the relationship of information transfer,and the method of design of ARINC429 adapter with m senders and n receivers and its expand of internal and external connection are given to implement all possible topology economically and effectively.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.080

張彤（1 9 6 9-），男，河南洛陽人，本科，工程師，主要從事航空火控系統的設計與自動檢測。