01 總線與總線協議

民用飛機通過 A429、A629、A664、TTP 等常見的航空總線，提供了飛控、航電等機載系統和設備間傳輸信號的公共路徑，可實現系統內部和系統間的數據交互。

每一種數據總線，均定義了其如何使用的一套規則，這就是 「總線協議」。相關數據收發設備，需遵循同一 「總線協議」，才能實現正常通信。

例如針對 A429 總線，ARINC（航空無線電通信公司） 發佈了三份總線規範文件。

02 總線傳輸信號的完整性

根據飛機系統的安全性評估過程，如果某些信號的錯誤或異常，對飛機安全有重要影響，那麼我們對這些信號通常有非常高的完整性要求。

根據目前工業水平和 A429、A664 等總線協議特點，總線傳輸信號的可用性可達到 1E-4/FH 至 1E-5/FH 之間，完整性可達到 1E-5/FH 至 1E-6/FH 之間（只考慮傳輸路徑，不考慮信號源的可用性/完整性指標）。

更多關於 「可用性」 和 「完整性」 的解釋，可點擊閱讀：

飛機和系統安全性中的「可用性」和「完整性」是什麼意思？

如果對信號完整性有更高要求，可採用多餘度投票表決或校驗應用層 CRC 等方法實現。

對於多餘度表決的方案，可點擊閱讀：

民用飛機飛控系統，如何對傳感器信號進行投票表決？

這裡以循環冗餘校驗（CRC）為例，介紹一種常見的信號傳輸完整性解決方案。

03 什麼是循環冗餘校驗（CRC）？

CRC 是循環冗餘校驗的縮寫，全稱是 Cyclical Redundancy Check。

CRC 的基本原理是發送端根據 CRC 算法，對總線上要傳輸的原始數據進行計算，得到一個 CRC 校驗碼（簡稱 A），這個校驗碼 A 與原始數據存在着固有的關係。發送端把原始數據和校驗碼 A 組合在一起，發送給接收端。

接收端收到數據之後，通過算法對原始數據進行獨立計算，得到一個新的 CRC 校驗碼（簡稱 B），並將兩個 CRC 校驗碼（A 和 B）進行比較驗證，若不一致則表示數據在傳輸過程中出錯，從而提高了總線傳輸數據的完整性。

假設原始數據可用 n 階多項式 P(x) 來表示，如下：

其中 a 為 0 或 1；x 用來表明二進制數據的排列位置。例如一個 10 位二進制數 1101011011 用多項式表示，如下：

將 P(x) 除以一個下圖所示的 CRC 多項式後，可得到一個餘數 R(x) ，即 CRC 校驗碼。

CRC算法中的，常見的生成多項式，如上圖所示。

註：由於多項式表示或二進制表示較為繁瑣，造成交流不便，因此實際使用時多採用 16 進制簡寫法來表示。同時考慮到多項式最高位為 1，而最高位的位置可由原始數據的位寬確定，因此十六進制簡記式中，將最高位的 1 去掉了。

04 CRC校驗碼如何產生？

在 CRC 算法中，多項式的乘除法，可以對應到二進制數的模 2 運算，這就是我們通常所說的異或運算。

在工程應用中，我們希望餘數的位數固定以便在實現時可以節省資源。常見的 CRC 方案是 16 位或 32 位。若原始數據的長度比 CRC 碼短，必須擴展到 16/32 位以上才能到一個 16/32 位的餘數。通常的做法是在原始數據的右邊添加相應的 CRC 碼位數。

這裡列舉一個簡單的例子，用於闡明 CRC 校驗碼的計算過程。

假設原始二進制數據為 1101011011，採用 4 位 CRC 校驗，則除數多項式選取CRC-4，即 10011。計算過程如下所示（計算前將原始數據後面補 4 個 0）。

最後得到的餘數為 1110，即計算得到的 4 位 CRC 校驗碼。16/32 位 CRC 校驗碼的計算過程與之類似。

05 總結

理論上 32 位 CRC 可提供
99.999999976716935634613037109375% 的錯誤檢測率，或者說傳輸鏈路完整性可達到 2.328E-10（1/2的 32 次方），因此 32 位 CRC 在高完整性數據傳輸過程中，得到了廣泛應用。

當然啦，CRC 只是提高傳輸信號完整性的一種措施，並非唯一。感興趣的朋友，歡迎留言，我們一起探討民機的世界！