ARINC429总线通信实现方法研究

文章编号：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, Xi’an 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数据总线定义了机载电子系统之间的通信规范，是美国航空无线电公司制定的数字总线传输标准，在微电子技术发展的影响下，机载设备的性能要求也日益提高，机载设备通信方式发生了彻底的改变，越来越多的航空电子设备已经采用了数字化技术，使得数字方式的信息传输成为通信的主要手段。相对于模拟传输具有低成本、逻辑简单、高可靠性等优点，既减轻了飞行器设备重量和体积，有提高了信息的传输精度。航空电子系统之间目前最常用的通信标准之一就是ARINC429。

1 ARINC429规范

ARINC429规范又称为MARK33数字信息传输系统，广泛应用于商用和军用飞机上。主要规定所有系统间和系统内部通讯所使用的标准。ARINC429协议分别规定了其电气标准、编码格式、信息传输特性等。

1.1编码格式

通过数字数据总线以串行的方式传输数字数据信息，在每个方向上用一根独立的数据总线，传输介质一般为STP，总线上只允许有1个发送设备，有多个接收设备（<=20个）。总线传输速率为12.5～100kbps，一个数据字就是一个基本信息单元，由32位构成，分别有数据位（21位）、标志位（8位）、状态位（2位）、奇偶校验位（1位）。第32位是奇偶校验位(PARITY)，在ARINC429信息系统中一般使用奇校验；位号31和30规定为符号/状态矩阵（SSM），用于标示数据字的特性，如BCD数字数据、离散数据、AIM数据和文件传输字、BCD数字数据的符号（正、负、北、南等），AIM数据的字型（初始字，中间字，控制字，结束字）和发送器硬件状态。位号11～29规定为数据区（DATA），用于存储要传输的信息，通过对数据进行合适编码，以便传输[1]。其中第29位为数据字段最高有效位；位号9～10规定为源/目的识别码(SDI)，在特定系统中，有时需要将若干位专用字输送到一个多系统中，一般需要使用SDI标识，用来识别字的目的地，也可以根据字内容识别一个多系统的源系统地址。位号1～8规定为标号区（LABEL）。用于识别字内所包含的信息，通过对标号的分析，接收设备可以容易判断出所接收到的ARINC429字的用途。

1.2电气特征

数据源用双绞线连接到数据接收器，在屏蔽线两端及电缆的所有中断处，屏蔽应与靠近机架插座的飞机地线连接。在实用数字信息传输系统中，电缆特性及电气特性不匹配会引起数字数据脉冲畸变，电气干扰造成的噪音也要干扰数字信号，数字接收器性能取决于接收器输入信号特性（有畸变和噪音的数据）及接收器的设计[2]。采用双极性归零的三态码方式，具有较强的抗干扰能力。发送器电平高电平范围+10V，为逻辑1；NULL为0V；低电平为-10V，为逻辑0。接收器输入端出现的差动电压由电缆长度、支线配置及所连的接收器数目决定，没有噪音时，接收器端的正常电压范围是：高电平范围（6～10V）、NULL（-0.5～+0.5V）、低电平范围（-6～-10V）。NULL电平发送的是自身的时钟脉冲，数据字之间间隔为4位，并以此实现收发同步。如图1所示。

2接口芯片描述

HS-3282芯片是HARRIS公司为实现ARINC429通讯而专门开发的一种高性能CMOS型接口集成芯片，该集成芯片接口简单、控制灵活、可靠性好，克服了以往用分离元件实现ARINC429信息传输带来的电路复杂、稳定性差等缺点，图2为HS3282的管脚配置图。这种芯片接口简单，控制灵活，可靠性高，使用方便，容易和PC，工控机或嵌入式设备连接。

同时，HS3282芯片具有以下特点：1）整个芯片只需单电源+5VDC供电，由于采用CMOS工艺，功耗低，工作温度范围符合军用标准。2）具有二路接收、一路发送。接收器和发送器相互独立，同时工作。双通道接收器之间也是独立的并行接收，可以直接连接到ARINC429总线，而不需要电平转换。3）数据字长可以是标准的32bit或25bit，接收数据时进行校验，而发送数据时产生校验。4）内部定时器可自动调整字间隙（word gap）。⑤具有和外部CPU联系的接口，可通过命令字设置芯片的各种工作方式。见图3 HS3282接口操作时序图。HS3282内部有两个接收器和一个发送器[3]，独立工作，两个接收器直接与ARINC429总线相连，接收器收到数据之后，进行串并转换，然后发出状态信号给主控器。主控器读取缓冲区数据。定时电路会自动在每帧数据之间加入4个位时间间隔，在外部输入时钟信号的作用下，HS3282芯片的传输速率范围是0～100kbps。

通常HS3282芯片与满足ARINC429规范、双极性数据输入的总线驱动器HS3182集成芯片配合使用。HS3182是双极性集成电路[4]，作为ARINC429总线驱动器，输出符合ARINC429规范的双极性归零制三电平信号，性能稳定。

3通信系统设计

本次ARINC429通信要求是两路输入，两路输出。具体来说，设计ARINC卡主要功能为接收2路ARINC429串行输入，供计算机处理；同时也将计算机输出的数字量转化为2路ARINC429串行输出，输出至外部设备。429通信板卡主要完成数据发送、接收、缓存及传输速率等功能[5]。系统的数据流程：键盘<àPC机àISA接口à发送器à机载设备接收器à接收器àISA接口àPC机à显示器。

ARINC卡利用IBM PC或其兼容计算机的扩展功能，按照扩展槽(ISA扩展槽)的要求设计，其方框图如图4。

图4 ARINC卡框图3.1总体设计

输入模块：主要通过HS-3282控制器作为ARINC-429总线的控制设备，按照ARINC-429总线的设计要求以及HS-8232控制器的芯片规则进行数据接收[6]。

输出模块：通过在HS-3282控制器上级联一块HS-3182的芯片从而设计实现双发的功能。.

数据传输模块：主要进行数据线的数据传输控制。该模块通过两片74LS245并联构成数据收发器。使用六D触发器74LS174和六总线缓冲器74LS365构成数据输出控制信号。

数据转发：实现将接收数据直接传输到FIFO中再发送出去。

系统驱动程序设计：主要完成接口的初始化，地址的配置数据格式的转换。

3.2数据发送/接收模块的设计

ARINC429发送器要完成的功能包括：把并行传输的信息转换成普通的串行数据信息，再把普通串行传输的信息转换成双极性归零信号[7]，经ARINC429串行传输总线传送给另一个电子设备的接收器。ARINC429接收器设置在接收设备的输入端，用来接收由发送器传输来的双极性归零式串行信号。如图5所示。

图5 HS3282与HS3182连接电路3.3 ISA接口电路设计

HS-3282与CPU的接口设计，及其通信中涉及4个方面的内容：逻辑控制、地址译码、中断管理和数据传输软件设计。图6是HS-3282与16位CPU的接口线路图。

4软件设计 4.1端口初始化

通过调用windows的API函数，初始化板卡工作地址并向控制器写控制字，保证板卡正常启动和工作。

4.2数据传输软件设计

HS-3282的数据传输包括了数据发送操作和数据接收操作,图7给出了数据传输操作的流程图。

5结束语

基于ARINC429通讯的技术，考虑到在实际应用中多个设备通讯的需求，可以采用DSP技术实现实时性更高，具有智能纠错功能的多路收发电路[8]。随着国内航空业的发展，机载装置的地面监测设备在未来一段时间将会有大的扩充。由于航空电子系统标准越发向ARINC429总线靠拢，因此，针对机载设备地面检测中ARINC429总线数据通信这一关键技术的通信装置，将会有巨大的潜力。

参考文献：

[1]美国航空无线电委员会.ARINC429 MARK33(DITS)[S].美国:1980.

[2]李榕.ARINC429总线收发系统设计与实现[J].计算机测量与控制,2005(9):17-18.

[3]刘磊.基于DSP的ARINC429通信板设计[J].计算机测量与控制,2006(2):21-22.

[4]何菲玲.ARINC429总线接口模块的实现[J].声学与电子工程,2005,9(4):35-36.

[5]王魁.基于PCI总线的ARINC429总线接口卡设计[J].河南科学,2006(1): 82-85.

[6]于振华.基于PCI的ARINC429通信板卡的设计与实现[J].自动化技术与应用,2009(7):33-34.

[7]邓智敏.基于HS3282的ARINC429总线通讯卡的设计与应用[J].计算机测量与控制,2004(5):476-479.

[8]修吉宏.8位单片机实现ARINC429总线通信的方法[J].航空制造技术,2005(2):94-97.