一種多通道ARINC429總線收發(fā)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(shù)設(shè)計多通道ARINC429總線收發(fā)裝置，解決了目前使用常規(guī)芯片導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)雜，使用不便，價格昂貴的缺點。在需要多通道數(shù)據(jù)收發(fā)的場合中，能夠有效降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集方法，首次將其應(yīng)用于ARINC429航空總線，實驗證明該方法能夠大大提高數(shù)據(jù)接收的準(zhǔn)確性和可靠性。
關(guān)鍵詞：ARINC429；SoPC；倍頻容錯；收發(fā)裝置

在現(xiàn)代飛機上，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)，是基于Mark33數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)(Digital Information Transfer System，DITS)的單向數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，是專為航空電子系統(tǒng)通信規(guī)定的航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它詳細(xì)規(guī)劃了航空電子系統(tǒng)中各個電子設(shè)備之間及電子設(shè)備和系統(tǒng)之間的通信方式。由于其數(shù)據(jù)資源豐富，數(shù)據(jù)精度高，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于波音、空客，中小型的直升機中。它規(guī)定了航空器電子系統(tǒng)生產(chǎn)廠家對部件、通用設(shè)計、結(jié)構(gòu)及試驗規(guī)范的要求，使那些影響系統(tǒng)互換性和電氣特性達到最大程度的標(biāo)準(zhǔn)化。

1 常見的ARINC429協(xié)議芯片
目前常規(guī)的ARINC429總線通信的接口設(shè)計都是采用DEI1016，HS3282等專用芯片。這些芯片的數(shù)據(jù)格式固定，數(shù)據(jù)收發(fā)過程中需要額外的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，使用起來不夠靈活方便。而且價格昂貴，通道數(shù)較少，在實現(xiàn)多通道收發(fā)時，不僅增大了系統(tǒng)的體積和復(fù)雜度，而且成本極高。
幾種常見的ARINC429協(xié)議芯片如表1所示。

當(dāng)前可編程邏輯器件發(fā)展迅速，利用SoPC技術(shù)設(shè)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(tǒng)成本，使用更加靈活，可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境進行更改相應(yīng)的系統(tǒng)配置，無需重新設(shè)計硬件系統(tǒng)。

2 ARINC429發(fā)送模塊設(shè)計
ARINC429發(fā)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(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的32位雙極歸零碼，并在字與字之間自動產(chǎn)生4位空白。
2．1 電平轉(zhuǎn)換電路
由于ARINC429總線采用雙極歸零碼的方式傳輸數(shù)據(jù)，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(fā)出電平是3．3 V和0 V，所以對FPGA產(chǎn)生的信號要加一個電平轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)FPGA輸出的兩根數(shù)據(jù)線壓差為3．3 V時，轉(zhuǎn)換成一根線為5 V另一根線為-5 V；當(dāng)壓差為0時不變。電平轉(zhuǎn)換電路如圖1所示。

2．2 發(fā)送模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換
發(fā)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(fù)位rst_n、發(fā)送使能en_tr、待發(fā)送數(shù)據(jù)indata、發(fā)送速率speed，輸出端口主要包括：發(fā)送標(biāo)志busy_tr、ARINC429總線busa_o和busb_o。
發(fā)送模塊主要有3個狀態(tài)：空閑、發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送時鐘。當(dāng)發(fā)送模塊處于空閑狀態(tài)時，只要發(fā)送使能信號en_tr為1，則說明有需要發(fā)送的信號，跳轉(zhuǎn)至發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。由于ARINC429總線每一位前半個周期為數(shù)據(jù)，后半個周期為時鐘，所以發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送時鐘這兩個狀態(tài)構(gòu)成了每一位的發(fā)送過程，兩個狀態(tài)不斷交替，SoPC系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)送模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。