一種多通道ARINC429總線收發容錯方法的研究

摘要： 針對目前ARINC429航空總線的研究情況，采用SoPC技術設計多通道ARINC429總線收發裝置，解決了目前使用常規芯片導致的系統復雜，使用不便，價格昂貴的缺點。在需要多通道數據收發的場合中，能夠有效降低系統的復雜度，提高系統配置的靈活性。另外，在接收過程中研究了改進型倍頻容錯數據采集方法，首次將其應用于ARINC429航空總線，實驗證明該方法能夠大大提高數據接收的準確性和可靠性。

關鍵詞： ARINC429； SoPC； 倍頻容錯； 收發裝置

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0125?04

在現代飛機上，系統與系統之間，系統與部件之間需要通過總線傳輸大量信息。ARINC429總線是美國無線電公司制定的一種串行標準，是基于Mark33數字信息傳輸系統（Digital Information Transfer System，DITS）的單向數據總線標準，是專為航空電子系統通信規定的航空工業標準。它詳細規劃了航空電子系統中各個電子設備之間及電子設備和系統之間的通信方式。由于其數據資源豐富，數據精度高，現已廣泛應用于波音、空客，中小型的直升機中。它規定了航空器電子系統生產廠家對部件、通用設計、結構及試驗規范的要求，使那些影響系統互換性和電氣特性達到最大程度的標準化[1]。

1 常見的ARINC429協議芯片

目前常規的ARINC429總線通信的接口設計都是采用DEI1016，HS3282等專用芯片。這些芯片的數據格式固定，數據收發過程中需要額外的數據轉換，使用起來不夠靈活方便。而且價格昂貴，通道數較少，在實現多通道收發時，不僅增大了系統的體積和復雜度，而且成本極高。

2 ARINC429發送模塊設計

2.1 電平轉換電路

2.2 發送模塊狀態轉換

發送模塊主要有5個輸入端口和3個輸出端口，輸入端口包括：時鐘clk_800 kHz、復位rst_n、發送使能en_tr、待發送數據indata、發送速率speed，輸出端口主要包括：發送標志busy_tr、ARINC429總線busa_o和busb_o。

發送模塊主要有3個狀態：空閑、發送數據、發送時鐘。當發送模塊處于空閑狀態時，只要發送使能信號en_tr為1，則說明有需要發送的信號，跳轉至發送數據狀態。由于ARINC429總線每一位前半個周期為數據，后半個周期為時鐘，所以發送數據和發送時鐘這兩個狀態構成了每一位的發送過程，兩個狀態不斷交替，SoPC系統設計中發送模塊狀態轉移圖如圖2所示。

3 ARINC429總線接收模塊設計

3.2 接收狀態轉換

3.3 信號調理

3.4 校驗

校驗主要包括奇偶校驗和字校驗。奇偶校驗主要是將所有數據逐位異或，再根據校驗方式將異或結果和校驗位相比較。

4 倍頻容錯的自適應速率接收方法

在前面提出的數據接收方法中，如遇到干擾信號，經位檢測檢測到后，則把該數據舍去。雖然保證了數據傳輸的正確性，但無法保證數據的有效傳輸，需要多次反復傳輸，來確保把所需傳輸的數據都傳輸到接收方。干擾信號無處不在，無法在根本杜絕，但是卻可以通過算法來修正錯誤的數據。

這里使用的容錯數據接收方法，電平轉換電路、端口定義和狀態轉換都與以上的方法相同，但不采用ARINC429總線提供的時鐘采集數據，而是對ARINC429總線的兩根信號線分別進行8倍頻的采樣。通過檢測中前4次時鐘周期的平均值來計算出數據的傳輸速率，對后面的數據選擇相應的接收頻率來接收。對于每一根信號線，當每一位采樣得到的數據不一致時，即由于干擾導致產生波動時，采用投票的方式表決；再將兩根信號線的信息進行綜合比對，糾正錯誤信號；如還有錯誤位，且只有1位錯誤，則運用校驗位信息計算出該錯誤位的實際信息，否則才舍掉此數據。

4.1 傳輸速率自動識別

普通的ARINC429接收模塊設計中沒有檢測傳輸速率，是因為無需通過傳輸速率來識別數據傳輸結束時的四位時鐘周期。而本文所介紹的方法，則需通過速率來選擇采樣頻率。當傳輸速率為100 Kb/s時，用800 kHz的時鐘采樣；當傳輸速率為12.5 Kb/s時，為使時鐘統一采用800 kHz的時鐘，但用計數器計數，計數值為8才采樣一次，以實現100 kHz采樣。

4.2 采樣數據處理

采用8倍頻對信號進行采樣，這樣對每一位而言，前半個周期的數據采樣了4次，后半個周期的歸零時鐘也采樣了4次。將對數據采樣4次得到的4個數據進行對比，若4個數據一致，則傳輸無錯誤；若4個數據有3個一樣，則采用投票的方式，采信3個一樣的數據；若兩個數據為0，而另兩個數據為1，則無法判斷此位數據的值，記為錯誤位。

由于ARINC429總線采用差分方式傳輸，即同時接收到兩組數據。可同時對這兩組數據做位檢測，并對其進行綜合判斷。

5 結 語

實驗證明，使用本文論述的方法能夠自動識別傳輸ARINC429總線速率，在多通道通信過程中，充分發揮了SoPC系統實時性和并行數據處理的優勢，在民用航空電子設備的設計和研究中能夠可靠地進行數據傳輸，降低航空電子行業在測試設備方面的成本投入。

參考文獻

[1] 張文林.基于網絡的多通道航空總線測試接口的研究[D].天津：中國民航大學，2012.

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

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[5] 劉明東，祿樂濱.ARINC429總線接口芯片及接口板的設計與實現[J].空軍工程大學學報：自然科學版，2011（1）：30?32.

[6] 郭林.基于FPGA的星載機容錯技術研究與設計[D].北京：清華大學，2009.

[7] 苗劍峰.高性能導航計算機的ARINC429總線通信研究與實現[J].計算機測量與控制，2007（11）：9?11.