林博 趙婧 劉珊珊

摘要：在航空電子綜合化的技術(shù)發(fā)展趨勢之下，機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)的地位凸顯，主要負(fù)責(zé)飛行器各個(gè)信息系統(tǒng)之間的信息融合和資源共享，因此，用戶對可靠、有效的數(shù)據(jù)傳輸要求，使得總線技術(shù)成為機(jī)載設(shè)備融合的關(guān)鍵技術(shù)之一。該文首先對機(jī)載總線概念進(jìn)行了分析，進(jìn)而介紹了429總線的通訊實(shí)現(xiàn)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：航空電子；機(jī)載數(shù)據(jù)總線；數(shù)據(jù)傳輸；429總線

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)18-4350-04

Implementation of ARIINC 429 Buses

LING Bo1, ZHAO Jing1, LIU Shan-shan2

(1. Shaanxi Branch Economic Information Center, China National Tobacco Corporation, Xian 710061, China; 2. China Eastern Airlines Corporation Limited (CEA) Engineering &Technic,Shanghai 200355, China)

Abstract: In the avionics technology development trend, Airborne data bus technology occur in the prominent place, it is mainly responsi ble for the aircraft each information system between information integration and resource sharing. Therefore, user of the demand to reli able, efficient data transmission requirements, makes bus technology has become one of the key technologies of airborne equipment integra tion. This paper firstly analyzes the concept of airborne data bus, and then introduces the arinc429 bus communication realization, including hardware design and software design.

Key words: aviation electronics; airborne data bus; data transmission; 429 bus

ARINC429數(shù)據(jù)總線定義了機(jī)載電子系統(tǒng)之間的通信規(guī)范，是美國航空無線電公司制定的數(shù)字總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)，在微電子技術(shù)發(fā)展的影響下，機(jī)載設(shè)備的性能要求也日益提高，機(jī)載設(shè)備通信方式發(fā)生了徹底的改變，越來越多的航空電子設(shè)備已經(jīng)采用了數(shù)字化技術(shù)，使得數(shù)字方式的信息傳輸成為通信的主要手段。相對于模擬傳輸具有低成本、邏輯簡單、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，既減輕了飛行器設(shè)備重量和體積，有提高了信息的傳輸精度。航空電子系統(tǒng)之間目前最常用的通信標(biāo)準(zhǔn)之一就是ARINC429。

1 ARINC429規(guī)范

ARINC429規(guī)范又稱為MARK33數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于商用和軍用飛機(jī)上。主要規(guī)定所有系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)部通訊所使用的標(biāo)準(zhǔn)。ARINC429協(xié)議分別規(guī)定了其電氣標(biāo)準(zhǔn)、編碼格式、信息傳輸特性等。

1.1編碼格式

通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線以串行的方式傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息，在每個(gè)方向上用一根獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線，傳輸介質(zhì)一般為STP，總線上只允許有1個(gè)發(fā)送設(shè)備，有多個(gè)接收設(shè)備（<=20個(gè)）。總線傳輸速率為12.5～100kbps，一個(gè)數(shù)據(jù)字就是一個(gè)基本信息單元，由32位構(gòu)成，分別有數(shù)據(jù)位（21位）、標(biāo)志位（8位）、狀態(tài)位（2位）、奇偶校驗(yàn)位（1位）。第32位是奇偶校驗(yàn)位(PARITY)，在ARINC429信息系統(tǒng)中一般使用奇校驗(yàn)；位號(hào)31和30規(guī)定為符號(hào)/狀態(tài)矩陣（SSM），用于標(biāo)示數(shù)據(jù)字的特性，如BCD數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、離散數(shù)據(jù)、AIM數(shù)據(jù)和文件傳輸字、BCD數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的符號(hào)（正、負(fù)、北、南等），AIM數(shù)據(jù)的字型（初始字，中間字，控制字，結(jié)束字）和發(fā)送器硬件狀態(tài)。位號(hào)11～29規(guī)定為數(shù)據(jù)區(qū)（DATA），用于存儲(chǔ)要傳輸?shù)男畔?，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行合適編碼，以便傳輸[1]。其中第29位為數(shù)據(jù)字段最高有效位；位號(hào)9～10規(guī)定為源/目的識(shí)別碼(SDI)，在特定系統(tǒng)中，有時(shí)需要將若干位專用字輸送到一個(gè)多系統(tǒng)中，一般需要使用SDI標(biāo)識(shí)，用來識(shí)別字的目的地，也可以根據(jù)字內(nèi)容識(shí)別一個(gè)多系統(tǒng)的源系統(tǒng)地址。位號(hào)1～8規(guī)定為標(biāo)號(hào)區(qū)（LABEL）。用于識(shí)別字內(nèi)所包含的信息，通過對標(biāo)號(hào)的分析，接收設(shè)備可以容易判斷出所接收到的ARINC429字的用途。

1.2電氣特征

數(shù)據(jù)源用雙絞線連接到數(shù)據(jù)接收器，在屏蔽線兩端及電纜的所有中斷處，屏蔽應(yīng)與靠近機(jī)架插座的飛機(jī)地線連接。在實(shí)用數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)中，電纜特性及電氣特性不匹配會(huì)引起數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)脈沖畸變，電氣干擾造成的噪音也要干擾數(shù)字信號(hào)，數(shù)字接收器性能取決于接收器輸入信號(hào)特性（有畸變和噪音的數(shù)據(jù)）及接收器的設(shè)計(jì)[2]。采用雙極性歸零的三態(tài)碼方式，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。發(fā)送器電平高電平范圍+10V，為邏輯1；NULL為0V；低電平為-10V，為邏輯0。接收器輸入端出現(xiàn)的差動(dòng)電壓由電纜長度、支線配置及所連的接收器數(shù)目決定，沒有噪音時(shí)，接收器端的正常電壓范圍是：高電平范圍（6～10V）、NULL（-0.5～+0.5V）、低電平范圍（-6～-10V）。NULL電平發(fā)送的是自身的時(shí)鐘脈沖，數(shù)據(jù)字之間間隔為4位，并以此實(shí)現(xiàn)收發(fā)同步。如圖1所示。

2接口芯片描述

HS-3282芯片是HARRIS公司為實(shí)現(xiàn)ARINC429通訊而專門開發(fā)的一種高性能CMOS型接口集成芯片，該集成芯片接口簡單、控制靈活、可靠性好，克服了以往用分離元件實(shí)現(xiàn)ARINC429信息傳輸帶來的電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，圖2為HS3282的管腳配置圖。這種芯片接口簡單，控制靈活，可靠性高，使用方便，容易和PC，工控機(jī)或嵌入式設(shè)備連接。

同時(shí)，HS3282芯片具有以下特點(diǎn)：1）整個(gè)芯片只需單電源+5VDC供電，由于采用CMOS工藝，功耗低，工作溫度范圍符合軍用標(biāo)準(zhǔn)。2）具有二路接收、一路發(fā)送。接收器和發(fā)送器相互獨(dú)立，同時(shí)工作。雙通道接收器之間也是獨(dú)立的并行接收，可以直接連接到ARINC429總線，而不需要電平轉(zhuǎn)換。3）數(shù)據(jù)字長可以是標(biāo)準(zhǔn)的32bit或25bit，接收數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，而發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生校驗(yàn)。4）內(nèi)部定時(shí)器可自動(dòng)調(diào)整字間隙（word gap）。⑤具有和外部CPU聯(lián)系的接口，可通過命令字設(shè)置芯片的各種工作方式。見圖3 HS3282接口操作時(shí)序圖。HS3282內(nèi)部有兩個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器[3]，獨(dú)立工作，兩個(gè)接收器直接與ARINC429總線相連，接收器收到數(shù)據(jù)之后，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，然后發(fā)出狀態(tài)信號(hào)給主控器。主控器讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。定時(shí)電路會(huì)自動(dòng)在每幀數(shù)據(jù)之間加入4個(gè)位時(shí)間間隔，在外部輸入時(shí)鐘信號(hào)的作用下，HS3282芯片的傳輸速率范圍是0～100kbps。

通常HS3282芯片與滿足ARINC429規(guī)范、雙極性數(shù)據(jù)輸入的總線驅(qū)動(dòng)器HS3182集成芯片配合使用。HS3182是雙極性集成電路[4]，作為ARINC429總線驅(qū)動(dòng)器，輸出符合ARINC429規(guī)范的雙極性歸零制三電平信號(hào)，性能穩(wěn)定。

3通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次ARINC429通信要求是兩路輸入，兩路輸出。具體來說，設(shè)計(jì)ARINC卡主要功能為接收2路ARINC429串行輸入，供計(jì)算機(jī)處理；同時(shí)也將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為2路ARINC429串行輸出，輸出至外部設(shè)備。429通信板卡主要完成數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、緩存及傳輸速率等功能[5]。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程：鍵盤<àPC機(jī)àISA接口à發(fā)送器à機(jī)載設(shè)備接收器à接收器àISA接口àPC機(jī)à顯示器。

ARINC卡利用IBM PC或其兼容計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展功能，按照擴(kuò)展槽(ISA擴(kuò)展槽)的要求設(shè)計(jì)，其方框圖如圖4。

圖4 ARINC卡框圖3.1總體設(shè)計(jì)

輸入模塊：主要通過HS-3282控制器作為ARINC-429總線的控制設(shè)備，按照ARINC-429總線的設(shè)計(jì)要求以及HS-8232控制器的芯片規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)接收[6]。

輸出模塊：通過在HS-3282控制器上級聯(lián)一塊HS-3182的芯片從而設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)雙發(fā)的功能。.

數(shù)據(jù)傳輸模塊：主要進(jìn)行數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)傳輸控制。該模塊通過兩片74LS245并聯(lián)構(gòu)成數(shù)據(jù)收發(fā)器。使用六D觸發(fā)器74LS174和六總線緩沖器74LS365構(gòu)成數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：實(shí)現(xiàn)將接收數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)紽IFO中再發(fā)送出去。

系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)：主要完成接口的初始化，地址的配置數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

3.2數(shù)據(jù)發(fā)送/接收模塊的設(shè)計(jì)

ARINC429發(fā)送器要完成的功能包括：把并行傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換成普通的串行數(shù)據(jù)信息，再把普通串行傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換成雙極性歸零信號(hào)[7]，經(jīng)ARINC429串行傳輸總線傳送給另一個(gè)電子設(shè)備的接收器。ARINC429接收器設(shè)置在接收設(shè)備的輸入端，用來接收由發(fā)送器傳輸來的雙極性歸零式串行信號(hào)。如圖5所示。

圖5 HS3282與HS3182連接電路3.3 ISA接口電路設(shè)計(jì)

HS-3282與CPU的接口設(shè)計(jì)，及其通信中涉及4個(gè)方面的內(nèi)容：邏輯控制、地址譯碼、中斷管理和數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)。圖6是HS-3282與16位CPU的接口線路圖。

4軟件設(shè)計(jì) 4.1端口初始化

通過調(diào)用windows的API函數(shù)，初始化板卡工作地址并向控制器寫控制字，保證板卡正常啟動(dòng)和工作。

4.2數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)

HS-3282的數(shù)據(jù)傳輸包括了數(shù)據(jù)發(fā)送操作和數(shù)據(jù)接收操作,圖7給出了數(shù)據(jù)傳輸操作的流程圖。

5結(jié)束語

基于ARINC429通訊的技術(shù)，考慮到在實(shí)際應(yīng)用中多個(gè)設(shè)備通訊的需求，可以采用DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性更高，具有智能糾錯(cuò)功能的多路收發(fā)電路[8]。隨著國內(nèi)航空業(yè)的發(fā)展，機(jī)載裝置的地面監(jiān)測設(shè)備在未來一段時(shí)間將會(huì)有大的擴(kuò)充。由于航空電子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)越發(fā)向ARINC429總線靠攏，因此，針對機(jī)載設(shè)備地面檢測中ARINC429總線數(shù)據(jù)通信這一關(guān)鍵技術(shù)的通信裝置，將會(huì)有巨大的潛力。

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