基于航空總線提高數據可靠性的設計與實現

孟銳，劉彩紅，吳欣茹

（西安工業大學 北方信息工程學院，陜西 西安 710025）

在航電系統中，數據總線是服務于航電系統的一個很重要的組成部分，它是航電系統個子系統的數據交換紐帶，將所有的子系統鏈接在一起，從而實現航電系統內部各子系統的信息共享和綜合化控制[1]。隨著航電系統的發展，在總線領域先后提過了一系列的規范和標準，對于數據總線傳輸可靠性的要求也在不斷地提高。下面就幾種常用的航空總線數傳輸方式分析介紹。

1 各種總線簡介

1.1 ARINC 429總線

該總線是利用MARK33的數字式信息傳輸系統，它將飛機的各系統間或系統與設備間通過雙絞線互連起來，是各系統間或系統與設備間數字信息傳輸的主要途徑，是飛機的神經網絡[2]。ARINC規范是在ARINC429的基礎上起草的，但又獨立于ARINC419。過去許多航空設備采用的航空總線種類各異，很難互相兼容。現在飛機電子系統要求各機載航空設備使用同一的航空總線，方便系統集成。ARINC429就是在這種需要下形成規范的。ARINC429具有接口方便、數據傳輸可靠地特點，目前已經是商務運輸航空領域應用最廣泛的航空電子總線。

ARINC429總線采用雙角屏蔽線傳輸信息，通過一對雙絞線反向傳輸，具有很強的抗干擾能力，而調制方式則采用雙絞線歸零制的三態編碼方式、即信息由“高”、“零”和“低”狀態組成的三電平狀態調制。ARINC429總線每一個字為32位，它的字同步是以傳輸周期至少4位的時間間隔也就是4位碼字為基準的[3]。

1.2 1553B總線

該總線是一個時分制指令/響應多路傳輸數據的總線，是一個關于數據總線電器特性和協議規范的軍事標準，這個標準規定了飛機內部數字式的命令/響應時分制墮落數據總線的技術要求，也對規定了多路數據總線的操作方式和總線上的信息流的格式以及電氣要求[4]。其作用是提供一個在不同系統之間的傳輸數據和信息的媒介。1553B總線具有很高的可靠性和靈活性，加之技術比較成熟，所以應用比較廣泛。

1553B數據總線以一種異步的、命令/響應方式執行，其傳輸將以半雙工方式進行[5]。數字數據的格式與本標準的消息和字格式相匹配。所有不使用的位，在傳輸時都應視為邏輯0。對于一個字的傳輸，MSB應當第一個傳輸對于多個字組合成德高精度數據傳輸時，最重要字的MSB應當第一個傳輸。數據在總線上是以序列脈沖碼調制形式傳輸的，數據編碼是雙向的ManchesterⅡ碼。

1.3 ARINC659總線

該總線是一個多節點多路串行通信總線，具有高數據完整性和很強的總線容錯能力，它是未來我國新型飛機將采用的主要機載總線之一。ARINC 659總線是由雙總線對組成的雙-雙配置，總線對A和B分別具有“x”和“y”兩條總線。每一條總線（Ax、Ay、Bx和By）有各自的1條時鐘線和2條數據線，每個時鐘傳送2個數據位，完整的總線組由12條線組成。

2 ARINC659總線中數據可靠性的設計

數據傳輸采用表驅動均衡訪問（TDPA）的通信機制，支持4條串行總線同時半雙工傳輸和交叉檢驗的通信。數據為二進制32位形式，采用小次序，數據發送先發送最低位的數據[6-8]。

ARINC659總線在提高數據的可靠性設計中采用了雙重保障機制：

1）采用了主后備的傳輸機制，保證的數據的有效傳輸，采用主后備的消息機制用于多個備用源和單個目或多個目的情況，采用適當的裁決機制只允許主或后備源之一的發送器訪問總線，一個后備只有在主和其他優先級比它高的后備發送器在預先確定的實踐周期保持沉默時才在總線上發送。

2）在發送數據時對4條總線的數據進行編碼，如圖1所示，提高數據傳輸的準確性。

同時在接收數據時要對4條總線接收的數據進行解碼并進行這樣的比較驗證數據的可用性與完整性：Ax=Ay，Bx=By，Ax=By，Bx=Ay，如表1所示，采用這樣的差錯檢測機制，使接收數據的可靠性能夠得到一定的保障。

圖1 發送數據編碼圖Fig.1 Coding diagram of sending data

3 ARINC659總線與電路板的數據通信的實現

ARINC659總線接口芯片是一種集成了控制器、時鐘電路、存儲器、數據收發、校驗、容錯模塊、脈沖發送、接收模塊等的片上系統，是一款通用化和小型化的通信處理芯片。總體結構設計圖如圖2所示。

圖2 總體設計結構圖Fig.2 Structure diagram of system design

發送方在進行數據發送的過程中使用編碼對四條總線分別進行編碼之后傳輸，通過一些列數據的處理之后接收方對接收的數據進行解碼并檢測數據的可靠性及完整性，如表1所示。

表1 數據驗證表Tab.1 Verification of data

4 設計結果顯示

該系統的設計使用Verilog語言進行設計，使用了modelsim以及chipscope檢測并驗證數據傳輸中接收數據的可靠性，圖3是抓取了在進行數據傳輸中當有一路數據傳輸發生故障時產生的波形圖。

圖3 驗證圖Fig.3 Verification diagram

5 結 論

對系統的設計使用modelsim工具進行模擬仿真，設計中采用了雙重的保障機制來保證系統運行當中數據傳輸的可靠性，在發送端對數據進行編碼后發送并在接收端對接收的數據進行解碼比較，通過對某一路或兩路數據添加認為的干擾驗證系統可以實現對一路及部分兩路錯誤數據的更正，在數據的傳輸中有效的保證了數據的可靠性，為航電系統的發展提供了技術保證。

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