张彤 杨建新

1.海军驻四○七厂军事代表室，河南 洛阳 471039； 2.海军航空工程学院青岛分院，山东 青岛 266041

ARINC429总线实验系统的硬件集成

张彤1杨建新2

1.海军驻四○七厂军事代表室，河南 洛阳 471039； 2.海军航空工程学院青岛分院，山东 青岛 266041

介绍了ARINC429总线的拓扑结构，分析了ARINC429总线接口模块的形式选择，并提出了利用图论和信息传输关系计算所需总线模块包含发送器和接收器数目的方法，给出了m发n收ARINC429总线模块适配器的设计方法，以及总线适配器的内接和外接扩展方法，以达到最经济、有效地连接实现m发n收模块所有可能的拓扑结构的目的。

ARINC429总线；拓扑结构；邻接矩阵；适配器

ARINC429 Data Bus; Topology; Adjenacy Matrix;Adapter

引言

ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会于1977年7月提出的航空数字总线传输标准，它规定了航空电子设计及有关系统间的数字传输要求，现广泛应用于民用、军用飞机上。虽然它的传输速率比不上M ILSTD-1553B总线，但具有接口方便、数据传输可靠的特点，比较适合于对传输速率要求不高的场合[1,2]。ARINC429总线是集中式数字系统结构的典型代表。我国航空工业参照A R IN C 4 2 9标准颁布实施了航空标准HB6096-86，即《SZ-01数字信息传输系统》。

在实际教学过程中，ARINC429总线的双极归零制编码和参数表是教学的重点，AR INC 429总线的拓扑结构是教学的难点，只有通过实验演示和实作才能获得比较好的学习效果。因此，如何经济、有效地构建设计ARINC429总线实验系统，以便提供多种拓扑结构演示和实作就显得十分重要。

1 ARINC429总线拓扑结构

ARINC429总线是一种单向广播式串行数据总线，传输介质为屏蔽双绞线，传输一对差分信号。在一条ARINC429总线上可连接发送和接收两种设备，其中发送设备只能有一个，而接收设备却可以有多个，其基本拓扑结构如图1所示。

信息只能从通信设备的发送器输出，经总线传输至与它相连的需要该信息的其他设备的接收器，信息不能反向传输至发送器。如果两个通信设备间需双向交换信息，则需要在每个传输方向使用一根独立的传输总线。这样就增加了系统的复杂性，而且由于发射器的负载能力有限，在一条总线上能被允许连接的接收器不能超过20个。

图1 ARINC429总线基本拓扑结构

如果存在多种传输关系，则构建的总线系统表现为复杂的拓扑结构。图2为双总线拓扑结构的总线系统，其中总线1的发送设备为1，接收设备有3个，即2、3和4；总线2的发送设备为1，接收设备有5个，即1、5、6、7和8；1与2之间有两条总线，可以实现相互之间的信息交换。

图2 双ARINC429总线拓扑结构示意图

2 ARINC429总线接口模块的选择

2.1 模块形式的确定

AR INC 429总线接口模块的形式比较多，如：PC 104、ISA、PC I、PX I、USB等。应根据所建总线系统的实际情况选择采购与之相匹配的模块形式[3-6]。由于USB接口的普遍性和由此所带来的可携带性，实验系统的ARINC429总线接口模块选购USB形式。

2.2 信息传输关系的有向图和邻接矩阵表示

根据实际系统的信息传输关系，可得对应的信息传输关系有向图。有向弧代表信息从源节点传输到目标节点[7]。图3为图2中双ARINC429总线拓扑结构所对应的有向图。

图3 信息传输关系图

依据信息传输关系有向图，可构建相应的邻接矩阵A，其元素定义如下：

图3 信息传输关系所对应的邻接矩阵A为

2.3 发送器和接收器数量的计算

AR INC 429总线模块大多是多发多收的，应根据实际系统的具体情况确定所需发送器和接收器的数量。

a. 发送器的数目

发送器的数目即信息源的多少，对应于邻接矩阵A中的非零行向量的个数，也就是AR INC 429总线的数目。

b. 接收器的数目

由于在一条总线上，发送器只能有一个，而接收器却可以有多个。某一发送器所连接的接收器的数目等于邻接矩阵A中发送器所对应的行向量中的非零元素的个数，即该节点的出度。因此，邻接矩阵A中所有非零元素的个数即为总线系统所需总的接收器数目。

3 ARINC429总线适配器的设计

文献[8]详细分析了ARINC429总线模块的拓扑结构谱，并依据二分法提出了AR INC429总线适配器的设计方案：

式中：m为实验系统中发送器的数目；n为接收器的数目；ni为各条总线中与接收器相连的端子数目。

图4为4发4收模块所设计定型的ARINC429总线适配器，其中每条总线多出的一个接收端子可连接示波器，便于观察波形，方便实验教学使用。对于每条总线而言，为避免ARINC429总线适配器上接收端与发送端连接过程中出现混淆，采用针孔防差错设计，规定连接发送设备的插座端子为针，连接接收设备的插座端子为孔，从而避免由于连接错误而出现工作不正常的现象。将各个设备的接口统一为两种接口形式，方便系统的构建。

图4 4发4收所对应的总线适配器模块

4 适配器的扩展应用

实验中使用4发4收总线适配器模块，最多能实现11种可能的拓扑结构。可以通过适配器内部连接或适配器之间的外部连接实现多于4个发送和接收端口的总线拓扑结构。通过对适配器的扩展应用，使该适配器既可以作为一个单独的实验设备进行试验，也可以作为一个模块组合使用。

4.1 适配器内接串联扩展

适配器内接串联扩展是指在一个适配器上通过串联多条总线线路以便实现多于4个接收设备的连接方式。内接串联时，可实现的总线数会相应减少。如图5所示，第二排的发送端子与第一排的任意接收端子内接连接，可实现1发7收的拓扑结构，但只能实现3条总线。同理，通过多个总线的串接，该适配器最多可实现1发9收的拓扑结构。

图5 适配器内接串联扩展

4.2 适配器外接串联扩展

适配器外接串联扩展是指在2个或多个适配器之间通过串联相应的总线线路以实现多于4个接收设备的连接方式。外接串联时，可保证总线数不变。如图6所示，将2个适配器的接收端与发送端对应相连接即可最多实现4发9收拓扑结构。

图6 适配器外接串联扩展

4.3 适配器混接扩展

适配器混接扩展是指2个或多个适配器通过内接串联及外接串联扩展的复合连接方式。通过对上述2个适配器的混接扩展最多可以实现1发17收的拓扑结构，基本能够满足实验最大需求。同理，多个适配器组合使用可以实现任意m发n收拓扑结构。

5 结束语

所设计的ARINC429总线演示系统已成功应用于课堂教学和实验实做。其中总线适配器具有很强的经济性，且连接方便，形象直观。通过对单个适配器的内部连接和多个适配器的外部连接，在兼顾经济效益与实验效果的同时，适应了不同拓扑结构的演示和实验需求，满足了课程实验教学的需要，取得了明显的实验教学效果，还可应用于工程测试。

[1]支超有．机载数据总线技术及其应用[M]．国防工业出版社.2009

[2]王勇．ARINC429总线接口的设计[D]．西安：空军工程大学工程学院.1995

[3]唐亮，于海勋，刘利杰，等．基于虚拟仪器的ARINC429总线信号仿真和测试方案[J]．电子产品世界.2007，21(10):132-134

[4]吴季宁．在航空维修测试中使用ARINC429数字信息传输的设计与实现[D]．成都：电子科技大学.2 00 5

[5]王燕．基于ARINC429航空数据总线的便携式机载电子设备故障检测仪的研制[D]．西安：西安科技大学.2 00 4

[6]权巍，王俊杰，邢忠宝．ARINC429总线通讯软件测试环境的构建[J]．计算机测量与控制.2008，16(12):20-22

[7] Alan Tucker(美)．应用组合数学[M]．人民邮电出版社.2009

[8] 杨建新，杨明绪．ARINC429总线适配器的设计[J]．仪器仪表用户.2010，17(2):48-49.

Hardw are Integration of Experiment System of ARINC429 Data Bus

Zhang Tong1Yang Jianxin2
1 Military Representative Office of Navy in 407, Luoyang, 471039;2 Aeronautical Military Representative Office of Navy in Luoyang, Luoyang, 417009;3 Nava Aeronautical Eng. Institute Qingdao Branch, Qingdao, 266041Qingdao Branch, Navy Aeronautical Engineering Academy, Qingdao 266041,China

The topology of ARINC429 Data Bus is introduced,the choice of the interface of ARINC429 module is analyzed, the computing methed of the number of sender and receiver in module is provided by graph theory and the relationship of information transfer,and the method of design of ARINC429 adapter with m senders and n receivers and its expand of internal and external connection are given to implement all possible topology economically and effectively.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.080

张彤（1 9 6 9-），男，河南洛阳人，本科，工程师，主要从事航空火控系统的设计与自动检测。