基于航空總線提高數(shù)據(jù)可靠性的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：現(xiàn)代芯片設(shè)計中，隨著電子元器件的集成度不斷地提高，新一代的航空電子綜合系統(tǒng)對數(shù)據(jù)通信的可靠性要求也不斷地提高，如實時雷達圖像信號注入到數(shù)字地圖系統(tǒng)、消息等待延遲等保證實時信息能及時交換、強的容錯和重構(gòu)能力要求系統(tǒng)消除可能存在危及整個系統(tǒng)生存的單點故障等，保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。本文介紹了幾種常用的航空總線，并重點介紹了ARINC659總線在數(shù)據(jù)傳輸中關(guān)于提高數(shù)據(jù)可靠性的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：芯片設(shè)計；數(shù)據(jù)通信；航空總線；數(shù)據(jù)可靠性；ARINC659

在航電系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線是服務(wù)于航電系統(tǒng)的一個很重要的組成部分，它是航電系統(tǒng)個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換紐帶，將所有的子系統(tǒng)鏈接在一起，從而實現(xiàn)航電系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)的信息共享和綜合化控制。隨著航電系統(tǒng)的發(fā)展，在總線領(lǐng)域先后提過了一系列的規(guī)范和標準，對于數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)，它將飛機的各系統(tǒng)間或系統(tǒng)與設(shè)備間通過雙絞線互連起來，是各系統(tǒng)間或系統(tǒng)與設(shè)備間數(shù)字信息傳輸?shù)闹饕緩?，是飛機的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。ARINC規(guī)范是在ARINCA29的基礎(chǔ)上起草的，但又獨立于ARINC419。過去許多航空設(shè)備采用的航空總線種類各異，很難互相兼容?，F(xiàn)在飛機電子系統(tǒng)要求各機載航空設(shè)備使用同一的航空總線，方便系統(tǒng)集成。ARINCA29就是在這種需要下形成規(guī)范的。ARINC429具有接口方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠地特點，目前已經(jīng)是商務(wù)運輸航空領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的航空電子總線。
ARINCA29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(diào)制方式則采用雙絞線歸零制的三態(tài)編碼方式、即信息由“高”、“零”和“低”狀態(tài)組成的三電平狀態(tài)調(diào)制。ARINCA29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。
1．2 1553B總線
該總線是一個時分制指令／響應(yīng)多路傳輸數(shù)據(jù)的總線，是一個關(guān)于數(shù)據(jù)總線電器特性和協(xié)議規(guī)范的軍事標準，這個標準規(guī)定了飛機內(nèi)部數(shù)字式的命令／響應(yīng)時分制墮落數(shù)據(jù)總線的技術(shù)要求，也對規(guī)定了多路數(shù)據(jù)總線的操作方式和總線上的信息流的格式以及電氣要求。其作用是提供一個在不同系統(tǒng)之間的傳輸數(shù)據(jù)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(shù)比較成熟，所以應(yīng)用比較廣泛。
1553B數(shù)據(jù)總線以一種異步的、命令／響應(yīng)方式執(zhí)行，其傳輸將以半雙工方式進行。數(shù)字數(shù)據(jù)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(yīng)視為邏輯0。對于一個字的傳輸，MSB應(yīng)當?shù)谝粋€傳輸對于多個字組合成德高精度數(shù)據(jù)傳輸時，最重要字的MSB應(yīng)當?shù)谝粋€傳輸。數(shù)據(jù)在總線上是以序列脈沖碼調(diào)制形式傳輸?shù)模瑪?shù)據(jù)編碼是雙向的ManchesterⅡ碼。
1．3 ARINC6519總線
該總線是一個多節(jié)點多路串行通信總線，具有高數(shù)據(jù)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一雙配置，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(shù)據(jù)線，每個時鐘傳送2個數(shù)據(jù)位，完整的總線組由12條線組成。

2 ARINC659總線中數(shù)據(jù)可靠性的設(shè)計
數(shù)據(jù)傳輸采用表驅(qū)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(shù)據(jù)為二進制32位形式，采用小次序，數(shù)據(jù)發(fā)送先發(fā)送最低位的數(shù)據(jù)。
ARINC659總線在提高數(shù)據(jù)的可靠性設(shè)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(shù)據(jù)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?shù)牟脹Q機制只允許主或后備源之一的發(fā)送器訪問總線，一個后備只有在主和其他優(yōu)先級比它高的后備發(fā)送器在預(yù)先確定的實踐周期保持沉默時才在總線上發(fā)送。
2)在發(fā)送數(shù)據(jù)時對4條總線的數(shù)據(jù)進行編碼，如圖1所示，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

同時在接收數(shù)據(jù)時要對4條總線接收的數(shù)據(jù)進行解碼并進行這樣的比較驗證數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的可靠性能夠得到一定的保障。