1、航空總線技術(shù)，1.3航空數(shù)據(jù)總線簡介，介紹當前使用和研究的航空數(shù)據(jù)總線。ARINC-429和629、CSDB、MIL-STD-1553B和1773、STAN-AG-3838/3910、HSDB、LTPB、FDDI、SCI，1.3.1 ARINC-429數(shù)據(jù)總線，ARINC429總線協(xié)議由美國航空電子工程委員會(Committee)于1977年7月提出，并在同一個月宣布并批準了使用。全名為數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)DITS。協(xié)議標準規(guī)定了航空電子設備和相關(guān)系統(tǒng)之間的數(shù)字信息傳輸要求。ari NC 429廣泛用于B-737、B757和B-767等先進民航客機，俄羅斯軍用飛機也采用類似的技術(shù)。HB6096-S

2、Z-01、ARINC429總線結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，具有良好的抗干擾能力。最大的優(yōu)點是可靠性高，因為它具有非集中控制、可靠傳輸、故障隔離等優(yōu)點。ARINC429的特點包括1、傳輸模式2、驅(qū)動器容量3、調(diào)制方式4、波特率5、同步、1和傳輸方式單向。信息可以通過傳輸總線傳遞到需要該信息的其他設備的接口，僅用于通信設備的發(fā)送輸出。但是，規(guī)定發(fā)送信息的界面絕對不能向后流動。如果兩個通信設備之間需要雙向傳輸，則每個方向都使用單獨的傳輸總線。沒有1553B總線的BC不再集中信息分發(fā)操作和風險。2、驅(qū)動器容量每個總線可以連接20個或更少的接收器。因為設備少，所以信息傳遞有充分的時間保證。3，調(diào)制方法采用雙極零

3、三態(tài)碼法。4、傳輸速率子2文件，高速操作狀態(tài)的比特率為100 kb/秒。系統(tǒng)低速操作狀態(tài)的位速率適用于12Kb/s14.5Kb/s范圍。選擇后，比特率必須在錯誤范圍1%以內(nèi)。高速和低速傳輸不能在同一傳輸總線上傳輸。5、以同步方式發(fā)送的基本單位是單詞，每個單詞由32個字符組成。位同步信息從雙極零碼信號波形中傳輸，字符同步基于相同時間段內(nèi)最小4位的零級時間間隔，緊接在該間隔之后發(fā)送的第一個位的起點為新單詞的起點1.3.2業(yè)務標準數(shù)據(jù)總線(CSDB)，商用標準數(shù)字總線CSDB為低速12.5Kb/s和高速50Kb/CSDB總線標準對應于由物理層和數(shù)據(jù)鏈路層組成的ISO/OSI。物理層規(guī)定了總線的機械和

4、電氣特性，數(shù)據(jù)鏈路層給出了數(shù)據(jù)幀的定義和數(shù)據(jù)幀之間的時序要求，并對總線所連接的各種航空設備的參數(shù)提供了詳細規(guī)定。CSDB物理層是單向廣播異步串行總線標準，允許配置單個源、多個接收器的傳輸系統(tǒng)?？偩€數(shù)據(jù)以NRZ編碼、差分格式傳輸。邏輯“1”指定數(shù)據(jù)線a相對于數(shù)據(jù)線b為“高級”，邏輯“0”指定數(shù)據(jù)線b相對于數(shù)據(jù)線a為“高級”?？偩€信號的開始位是邏輯“0”，停止位是邏輯“1”。以11位元編碼的8位元組長度NRZ程式碼傳輸：開始位元、資料位元組、奇數(shù)同位位元和停止位元。CSDB總線驅(qū)動器和接收器的電氣標準與RS422A電氣標準兼容，總線上升時間和下降時間對于高速總線大于0.8毫秒，1.0毫秒；小于。對

5、于低速總線，必須小于8.0毫秒。CSDB要求每個總線接收器的增加總線容量負載不能超過600pF，并且總線驅(qū)動器必須能夠在容量負載介于012000pF之間的情況下運行。所有驅(qū)動器和接收器都必須能夠承受直流28V和交流115V的瞬時短路。CSDB邏輯鏈路層是由固定長度字節(jié)組成的面向字節(jié)的傳輸協(xié)議，如圖1-5所示，由特定長度的消息塊組成的幀，封裝在數(shù)據(jù)幀中的徐璐其他數(shù)據(jù)通過各自的地址字節(jié)區(qū)分，徐璐其他數(shù)據(jù)幀通過同步消息塊分割，總線信息結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。，CSDB總線的默認傳輸單位是字節(jié)(b):每個字節(jié)表示8位，以異步方式發(fā)送。字節(jié)編碼為11位長NRZ代碼，包括總線上的1個開始位、8個數(shù)據(jù)位、1個奇

6、數(shù)奇偶位和1個停止位。消息塊：消息塊是一組固定長度的有序字節(jié)。每個消息塊的第一個字節(jié)Byte0稱為標識(或地址)，消息塊是通過標識而不是接收消息塊的順序來標識的。消息塊的長度為6B，所有消息塊的長度必須在固定的CSDB總線上。幀(frame):幀定義為兩個同步消息塊之間的部分，其中一個指定CSDB總線上幀的計時長度是固定的，由互連航空電子設備所需的最大數(shù)據(jù)刷新率確定。CSDB采用異步串行傳輸方法，通過啟動和停止位完成字節(jié)的位同步，因此編碼不需要時鐘信息。幀同步通過標識每個數(shù)據(jù)幀的起始位置的同步消息塊：6B中的“A5”來完成。在CSDB數(shù)據(jù)幀中，數(shù)據(jù)可以編碼為BCD或BNR，每個數(shù)據(jù)幀可以攜帶地

7、址塊、狀態(tài)塊、一個2個數(shù)據(jù)塊、空閑數(shù)據(jù)位和校驗和。1.3.3 MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線，應用領(lǐng)域主要特征數(shù)據(jù)總線典型拓撲結(jié)構(gòu)總線控制方式總線的信息流，應用領(lǐng)域，1553B是為滿足工業(yè)和軍事需要而提出的，具有高可靠性和靈活性，并且由于附加技術(shù)更成熟，應用范圍更廣。目前廣泛用于軍事、工業(yè)、技術(shù)領(lǐng)域，從大型運輸艦、宇宙補給站、轟炸機到各種戰(zhàn)斗機、直升機，還用于導彈系統(tǒng)，并用作飛行機器和導彈之間的基本通信協(xié)議。MIL-STD-1553B總線的主要特性：波特率為1m位/秒，單詞長度為20位，數(shù)據(jù)有效長度為16位，信息最大長度為32個字符，傳輸方法半雙工，傳輸協(xié)議命令/響應方式，容錯是典型的冗馀

8、方式，第二條總線是熱備份狀態(tài)、MIL-STD-1553B總線的主要配置由兩條冗馀總線連接，這些總線包括33601553B總線接口模塊、1553B總線耦合器、1553B電纜、電纜連接器和端子匹配。可安裝的32個終端根據(jù)其作用分為總線控制器(BC)、總線監(jiān)視器(BM)和遠程終端(RT)。每個端子都指定了唯一的總線類型，該總線類型被調(diào)制并傳輸?shù)铰鼜厮固卮a。1553B總線控制方法有集中式模式的靜態(tài)總線控制方法和分布式模式的動態(tài)總線控制方法。固定總線控制方法是用于在1553B總線的所有子系統(tǒng)之間進行消息通信的固定總線控制器，具有通信控制簡單、故障可檢測性、硬件和軟件可實現(xiàn)性等優(yōu)點，但其致命缺點是集中控

9、制網(wǎng)絡中的唯一單點故障導致通信癱瘓，動態(tài)總線控制方法具有將10個子系統(tǒng)之一作為1553B總線的總線控制器進行操作的總線控制網(wǎng)絡一次分發(fā)的優(yōu)點。此外，使用單故障點導致通信癱瘓的雙額外靜態(tài)總線控制器方法，可以滿足整個航空指標的要求。1553B總線拓撲、1553B消息字格式、1.3.4線性令牌傳輸數(shù)據(jù)總線LTPB)、LTPB光纖網(wǎng)絡的拓撲是星形結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡節(jié)點通過星形耦合器連接。LTPB容錯可以通過簡單的介質(zhì)冗余獲得。如圖1-8所示，星型冗余結(jié)構(gòu)很簡單，任何節(jié)點的故障或關(guān)閉都不會影響系統(tǒng)中不相關(guān)的節(jié)點。冗馀方式為同步和異步。LTPB在網(wǎng)絡中的節(jié)點共享廣播傳輸介質(zhì)并且LTPB工作時，網(wǎng)絡中的節(jié)點根據(jù)物理

10、地址、編碼大小形成邏輯環(huán)路，令牌沿邏輯環(huán)路按節(jié)點發(fā)送。1.3.5光分布式數(shù)據(jù)接口FFDI，F(xiàn)FDI是環(huán)形拓撲，嚴格地說是反向旋轉(zhuǎn)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都作為一個環(huán)路進行線程處理，如圖所示。為了使系統(tǒng)具有單點容錯，環(huán)路網(wǎng)絡引入了兩種技術(shù)：節(jié)點旁路技術(shù)相反旋轉(zhuǎn)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，節(jié)點旁路意味著通過光開關(guān)將某些節(jié)點與環(huán)路隔離。在機械環(huán)境中，功耗和可靠性是非常重要的因素，關(guān)閉閑置節(jié)點有助于降低功耗，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。節(jié)點旁路是分布式控制，每個節(jié)點都是可以單獨檢測故障、旁路以故障節(jié)點或旁路終止的節(jié)點。節(jié)點的旁路會導致兩個問題。一種是旁路開關(guān)引入插入衰減，考慮到接收器的靈敏度，通常只能連續(xù)旁路幾個節(jié)點。這限制

11、了與環(huán)形結(jié)構(gòu)可以支持的網(wǎng)絡大小相比，可以較小和拖動的節(jié)點數(shù)。二是旁路交換機引入了高達25毫秒的交換延遲，很容易發(fā)生消息傳輸超時。用于反向旋轉(zhuǎn)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)由一組相同的節(jié)點連接成兩個環(huán)，兩個環(huán)以相反方向傳輸數(shù)據(jù)，第一環(huán)使用順時針方向，令牌第二環(huán)使用逆時針方向令牌。通常，輔助環(huán)路是空閑的，如果鏈路斷開，則執(zhí)行環(huán)路重建，隔離鏈路故障以形成新的可操作環(huán)路?；芈分匦屡渲煤?，新回路的長度增加，機載環(huán)境中的網(wǎng)絡長度不大，對回路長度增加的影響也很小。但是，在緊挨著鏈路故障的節(jié)點內(nèi)部，光路徑交換像旁路一樣引入了交換延遲，對系統(tǒng)的實時性能有一定的影響。1.3.6可變規(guī)?；ミB接口(sci)可變大小互連接口sci是高性能

12、系統(tǒng)互連技術(shù)，提供千兆互連帶寬和微秒傳輸延遲。SCI默認協(xié)議包括三層：物理層、邏輯層和可選的緩存一致性層。SCI主要規(guī)定了兩種互連鏈路標準：18-DE-500并行鏈路1-FO-1250串行鏈路、1.3.7全雙工交換機以太網(wǎng)、AFDX系統(tǒng)，例如航空電子系統(tǒng)、AFDX終端節(jié)點和AFDX互連器。航空電子系統(tǒng)：飛機上的傳統(tǒng)航空電子系統(tǒng)，如飛行控制計算機、全球定位系統(tǒng)、疲勞監(jiān)控系統(tǒng)等。航空電子計算機系統(tǒng)為航空電子系統(tǒng)提供了計算環(huán)境，終端節(jié)點可以實現(xiàn)航空電子系統(tǒng)和AFDX之間的連接。AFDX終端節(jié)點：每個航空電子系統(tǒng)的終端節(jié)點接口為各種航空電子系統(tǒng)提供應用程序接口(API)，以確保與其他航空電子系統(tǒng)進行安

13、全可靠的數(shù)據(jù)交換，從而確保設備之間通過簡單的消息接口進行通信。AFDX interconnect:全雙工交換機以太網(wǎng)互連設備，實現(xiàn)基于現(xiàn)有ARINC-429單向消息傳輸、點到點和MIL-STD-1553B總線技術(shù)的以太網(wǎng)消息幀到達目標節(jié)點的傳輸切換。因為當前廣泛使用的以太網(wǎng)是半雙工結(jié)構(gòu)，沒有中央控制計算機，理論上數(shù)據(jù)包的重復傳輸中的沖突是不可避免的，沖突導致延遲，嚴重的情況下將不發(fā)送數(shù)據(jù)包。航空電子數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)中不允許出現(xiàn)這種情況，這要求在AFDX的實現(xiàn)中，每個數(shù)據(jù)包到達目標節(jié)點的最長時間超出已知系統(tǒng)沖突的限制。全雙工交換機以太網(wǎng)的目標是消除沖突，消除從發(fā)送方到接收方的數(shù)據(jù)包的不確定時間。設置從網(wǎng)絡系統(tǒng)到數(shù)據(jù)信息交換中心集線器的全雙工交換機，以直接連接到具有用于發(fā)送(Tx)、接收(Rx)、發(fā)送和接收的包緩沖區(qū)的全雙工交換機，例如每個航空電子系統(tǒng)、自動駕駛儀和立體聲。全雙工交換結(jié)構(gòu)消除了半雙工以太網(wǎng)中可能發(fā)生的