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

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 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。
幾種常見的ARINC429協議芯片如表1所示。

當前可編程邏輯器件發展迅速，利用SoPC技術設計ARINC429總線接口芯片可以克服以上的不足，同時極大地降低了系統成本，使用更加靈活，可以根據應用環境進行更改相應的系統配置，無需重新設計硬件系統。

2 ARINC429發送模塊設計
ARINC429發送模塊主要功能是能夠按照兩種不同速率100 Kb／s和12．5 Kb／s發送標準的32位雙極歸零碼，并在字與字之間自動產生4位空白。
2．1 電平轉換電路
由于ARINC429總線采用雙極歸零碼的方式傳輸數據，對于單根傳輸線而言，有5 V，0 V，-5 V三種電平。而FPGA只能發出電平是3．3 V和0 V，所以對FPGA產生的信號要加一個電平轉換電路，當FPGA輸出的兩根數據線壓差為3．3 V時，轉換成一根線為5 V另一根線為-5 V；當壓差為0時不變。電平轉換電路如圖1所示。

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。