ARINC629航空数据总线研究

Digital design and manufacturing technology数字化设计制造技术

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ARINC629航空数据总线研究

西北工业大学自动化学院孟武胜何立力李亮

[摘要]从 ARINC629总线系统的发送机制、消息格式和个性化表 3个方面介绍了 ARINC629总线系统。
关键词: ARINC629发送机制消息格式个性化表
1 概述

目前，在航空机载数据总线技术领域主要采用了 2种总线技术，即军用飞机上使用的 1553B总线和民用飞机上使用的 ARINC429总线，但这 2种总线都存在不同程度的缺点。 1553B整个总线系统的通信是在总线控制器指挥下进行的，这给总线带来潜在的单点故障，影响可靠性，一且总线控制器失效，将造成整个总线系统的瘫痪;而 ARINC429总线尽管舍弃了总线控制器，但为了使总线上的信息有序传输而不发生冲突，就只能使一个信息源用一条 429总线，因此其带终端的能力非常有限，另外， 429的传输速率低，数据传输上有延迟，在航空电子系统的综合规模增大时，必然会使系统性能变坏。
随着波音公司新一代民用客机 B777的推出，一种新型航空总线一-ARINC629在飞机上的应用成为了现实。这种总线是在 ARINC429的基础上，结合 1553B的优点开发出来的。其规范所规定的数据传输速率为 2Mbps，为 1553B总线速率的 2倍，基本上能满足现代航空电子系统高速数据的传输要求。与 1553B相同，它也采用了双向传输，传输时也使用曼彻斯特 E型双相电平码，而且还进一步使用了电流型藕合器。与 1553B所不同的是，它不再采用集中式控制，因而无需总线控制器，不存在由于总线控制器失效而造成全系统瘫痪的问题。因此可以说， ARINC629总线的推出以及在 B777飞机上的成功应用将使机载数据总线技术的发展进入一个新的时代。
2 ARINC629数据总线协议
ARINC629协议规范中规定了基本协议模式 BP (Basic Protocol)和混合协议模式 CP (Combined Proto-col)两种互不兼容的协议模式。在 BP模式下，系统中的每一个终端都以对等的优先级及存取机会进行周期
和非周期数据的传输。这种协议模式巳通过了一系列的实验室试验及飞行试验技术上巳经成熟。它实际上就是波音公司 1985年开始研究的 DATAC总线协议。而 CP则是 BP的改进它能将周期及非周期消息通过一定的安排联合运行，不过 CP还处于开发阶段。基于此，本文只通过在 BP模式下 ARINC629总线系统的发送机制、消息格式和个性化表来介绍 ARINC629总线系统的设计及工作原理。
2.1 发送机制
ARINC629总线的拓扑结构同 1553B一样为线型结构，且消息在总线上为双向传输;但与 1553B不同的是它无总线控制器，为了使消息在总线上有序传输，并且使总线上的每一个终端

都能获得对等访问总线的机会， ARINC629总线协议规定了 3个重要的参数，即发送间隔 TI (Transmit Interval)、同步间隙 SG(Sync Gap)和终端间隙 TG(Terminal Gap)。对于总线上的任一用户，终端在发送完一次数据后，必须满足以下 3个条件才能发送下一次数据:(1)必须在上一次发送间隔 TI时间计满后才能发送下一次数据; (2)必须在总线上检测到一段 SG规定的空闲时间 ;(3)必须在总线上检测到一段 TG规定的空闲时间。其工作流程如图 1所示
由图 1可知，终端能否占用总线取决于本终端状态和总线状态，与其他终端的状态无关。当一个终端开始发送数据时， TI计数器开始计数，直到 TI计满时此终端才有可能再次发送数据·而当终端监测到总线为空闲状态时，启动 SG计数器，在 SG计数未满前，若总线上出现数据，则 SG计数器复位，重新等待总线空闲，然后计数 ;SG计数满以后启动 TG计数，在 TG计数期间，若总线上出现数据， TG计数器复位，重新等待总线空闲，然后计数， SG计数器则不再复位。只有在 TG、 TI同时计满后，本终端才获得了发送数据的机会。
为了保证每一个终端都有相同的机会，且不发生
2007年增刊·航空制造技术 303

数字化设计制造技术 Digital design and mam血cturing technology
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开始

总线空闲时启动 数据发送时启动
在 SG计满前总线SG计数 上出现数据复位
SG计满不论 TG是否计满总TI计数TG计数 线上出现数据复位
允许发送数据
图 l 工作流程


Fig.1 VVorking process

冲突，总线上所有终端的 TI取值相同，取值的范围规
定为 0.5-64ms之间。 SG的取值也要求所有终端均相
同，且仅限于 16μ、 32阳、 64阳、 127μ4种。而 TG的
取值则是每个终端互异的，取值范围在 1-127μ之
间。由于 SG和 TG计数时都是在总线的空闲时期，为

了提高总线效率， SG的值应小一些，但必须大于系统中最长的 TG。 3个参数的计时功能如图 2所示，图中 M为信息。
TI
|SG TG TG MI
终端 1

?肖息
! ARH-It
2-31 个字串
。-256个数据字
哼
图 3 消息格式

Fig.3 Message format

串一字，"字卢-忻形，高、低电平各占一个半"位时";在16位的数据区中

又分为 2部分，前 4位为扩展的通道选择位，后 12位为标号位;最末一位为奇偶校验位。
数据字前 3个"位时"为一组由低到高的同步波形，低、高电平各占一个半"位时"，然后是 16个"位时"的数据位，最后一位为奇偶校验位。
终端控制器通过每一个字串数据前的同步波形来识别标号字和数据字。其格式如图 4所示。
LB15-LB12 LBll-LBO LABEL
HI-LO
EXTENSION 12 BITS LABLE P
SYNC
(CID )
..,
1 20
'
(a)标

号字

DB15-DBO
四




白山巳

一一端
丁止终

一一
一
-EJ- -T-G

M -G
且一
--2

-T
-G
一


丁TG

LO-HI

SYNC

16 BITS DATA P


TI TI

每
1 20


'

M SG TG TG
终端 3

图 2 终端时序


Fig.2 Terminal time sequence

2.2 消息格式
ARINC629的数据传输是以消息为单位的。一个消息由 1-31个字串组成，每一个字串又由→个标号字和紧跟其后的 0-256个数据字组成。消息格式见图 3 0
在消息中的每一个字串之间有 4个"位时"的间隔，并且其标号字和数据字的字长同为 20个"位时"，但其格式略有不同 O
标号字前 3个"位时"为一组由高到低的同步波
(b)数据字

图 4标号字与数据字格式

Fig.4 Identifier word and data word format


2.3 个性表
由于 ARINC629是一种自主式终端访问工作方式的数据总线，所以总线上每一终端必须有自己的控制机构，即发送个性表和接收个性表。这 2个个性表通常存储在可编程只读存储器 (PROM)或电可擦除可编程只读存储器 (EPROM)里，以便各终端按自己唯一的发送与接收个性设置进行数据的收发 O
2.3.1 发送个性表发送个性表 (XPP)包括将一个终端发送公式化所
304 航空制造技术 .2007年增刊

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需要的所有基本信息。这些信息是以8字节为单元存

储在 PROM中的，其结构见图50
Byte 0 Byte 1

xxxx MLBL LLBL MADR LADR XWM XWC
XIV AXWM xx BADR Byte 6 Byte 7
图 5 发送单元

Fig.5 Send llnit


在图5中，MLBL和LLBL为标号字里的 12位标号数据;BADR为3位子系统块地址，用于扩展子系统
的存储空间;MADR和LADR为 16位的子系统地址;
XWM为8位控制信号设置;XWC为字数统计，8位表
明一个字串最多可由 255个数据字组成;XIV为8位

中断向量;AXWM为3位辅助控制信号设置。
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‘ X地址 O 2 3 28 29 30 31
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nu'Sxx Sxx Sxx Sxx Sxx Sxx Sxx L3S Sxx S双 Sxx Sxx Sxx Sxx Sxx Sxx Sxx L2D
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Sxx Sxx L3D
且句，"句
RIV MODE BADR
悻

IIE OP MOVE(LOVR) 29 Axx Axx Axx A江 Axx Byte 6 Byte 7
30 Axx Axx Axx Axx Axx Axx Axx 图 8 RPP发送控制单元 31 CO Cl C2 C3 I C28 C29 C30
Fig.8 Send control llnit of RPP

F

瓦
FD U

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因山『

表咯
度

调，址

送他

发 s
d" nd
m


在图8中，BADR为3位子系统块地址，用于扩展子系统的存储空间;MADR和LADR为 16位的子系统
ARINC629的终端控制器通过一定的运算法则将这些字节单元组成消息并进行调度，见图6。
图 6 所示调度表的每一个单元表示→个字串的信
Byte 0 Byte 1 MODULO SYNC BI ALT

CP/MAL
SG11TI SGO厅G


'-
Byte 6 Byte7

图 7调度表发送控制单元

Fig.7 Send control lln.t of schedllling form

息，消息的发送按终端控制器所设定的逻辑模式进行。

最后一行是控制单元，包含了调度表访问模式以及协议参数等内容，其结构见图70应特别注意图7所示的 SG1、SGO，TI和TG 4个参数，TI是前面所述的发送间隔，占7位;TG为终端间
隙，也占 7位;SGl和SGO为同步间隔，只占2位。在存储器里的格式为:SG1， TI6 ,TI5 ,TI4 ,TI3, TI2 ,TI1, TIO o SGO ,TG6 ,TG5 ,TG4, TG3 ,TG2 , TG1 , TGO。
图 7 中的其他几个参数:MODULO为调度表计数

的最大值;SYNC为同步操作时调度表的计数值;ALT

为调度表的起始位置;因为调度表的调度模式设置;

CP/MAL则是629总线工作模式的参数设置。
2.3.2 接收个性表接收个性表(RPP)包含由该终端接收的全部标识
符集和监视应存储在系统存储器里的数据字数，还包
含所有标识符中的相似信息和由该终端发送的字符

串，并能监视这些字符串是否符合发送调度。出现在总线上但不符合本终端标号的消息将被终端控制器忽略。 RPP也是以8字节为单元存储在PROM中的，其结构见图8。
Byte 0 Byte 1
MADR LADR

RM MSC RWC


地址;RM为3位控制信号设置;MSC为5位消息计数器，用于监视模式;RWC为8位字符串的数据字字数设置;RIV为 8位的中断向量;MODE为5位的控制信号设置;1厄为外扩MPP控制位;OP为 7位偏移地址指针;MOVE和LOVR为 16位的偏移地址，LOVR存储在相连的一个字节里(可理解为Byte 8)。
由以上介绍可以看出，发送个性表和接收个性表都包含系统存储器地址，根据此地址终端处理器可以从系统存储器中读取需要发送的数据，并向其写入接收到的数据。接收寻址电路可以从系统不同通道中区分出相同的标号字，并将来自各通道的数据存储在唯
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数字化设计制造技术 Digital design and manufacturing technology
一的存储器单元中，这样便可以使系统扩展为多个通参考文献 道，大大提高了数据总线的信息识别范围。
1 ARINC specification 629 part 1: Technical description. 结束语published by Aeronautical Radio Inc, 1996
综上所述， ARINC629总线是一种双向的、无总线2 ARINC specification 629 part n: application guid, Pub-
控制器的、自主式终端访问工作方式的数据总线。它的lished By Aeronautical Radio Inc, 1996 传输速度快，可识别的信息类型多，可连接的设备多，3龚治中编译. ARINC629数字通信系统.航空电子技术，
1996(2): 19-24
特别是在 B777飞机上的成功使用，使得它成为了满4宋东，李红娟.航空计算机系统与应用，西安:西北工

足未来飞机航电系统大信息量传输需求的发展方向 C业大学出版

社， 2002(责编像管)



Study 00 Aerial Data Bus ARINC629

[ABSTRACT] Based on the send mechanism, message format and the personality program, the ARINC629 bus system is introduced. Keywords: ARINC629 Send mechanism Message format Personality program
306航空制造技术 .2007年增刊