航空數(shù)據(jù)總線技術(shù)分析研究

唐寧+常青

摘 要： 數(shù)據(jù)總線作為航空電子系統(tǒng)的“骨架”和“神經(jīng)”，與航空電子技術(shù)的發(fā)展同步進行，相互促進，對航空電子系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。主要概述航空機載數(shù)據(jù)總線及其發(fā)展現(xiàn)狀，介紹目前幾種典型的機載數(shù)據(jù)總線技術(shù)，分析傳輸協(xié)議、拓撲結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點及應(yīng)用現(xiàn)狀，并進行比較，論述了可變規(guī)模互連接口（SCI）和光纖通道技術(shù)在未來航空領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 機載航空電子設(shè)備； 數(shù)據(jù)總線； SCI總線； FC總線

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）04?0064?06

Study on avionic data bus technology

TANG Ning， CHANG Qing

（National Key Laboratory of ATR， National University of Defense Technology， Changsha 410073， China）

Abstract： As the “framework” and “nerve” of aviation electronic systems， the airborne data bus plays an important role， develops with aviation electronic technique simultaneously， and promotes each other as well. Several typical airborne data bus techniques and their development actualities at present are summarized in this paper. Their transmission protocols， topology structures， technique characteristics and application actualities are analyzed and compared. The expansive application foreground of SCI （scalable coherent interface） and FC （fiber channel） technology in the aviation domain is discussed.

Keywords： airborne avionics； data bus； SCI bus； FC bus

0 引 言

隨著航空電子系統(tǒng)的發(fā)展，各類飛行器搭載了越來越多的觀測儀器和電子設(shè)備，這些儀器和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換、信息共享和綜合處理的數(shù)據(jù)總量也在迅猛增長，對航空電子數(shù)據(jù)總線提出更高層次的要求。許多發(fā)達國家投入了大量的研究，用來開發(fā)新一代航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)，并在相關(guān)領(lǐng)域取得了較大的進展。國內(nèi)在20世紀80年代起，對國際最新數(shù)據(jù)總線技術(shù)及時跟進，制定了高速數(shù)據(jù)總線的技術(shù)規(guī)范，取得了一些重要成果，但總線技術(shù)應(yīng)用水平與美國、日本等發(fā)達國家相比，差距仍十分明顯。本文概述航空機載數(shù)據(jù)總線的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，闡述幾種典型的數(shù)據(jù)總線技術(shù)，對傳輸協(xié)議、拓撲結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)特點、應(yīng)用現(xiàn)狀進行較詳細探討，并對其進行比較。

1 機載數(shù)據(jù)總線的概述

機載數(shù)據(jù)總線技術(shù)是用于機載設(shè)備、子系統(tǒng)直至模塊之間的互連技術(shù)，從計算機網(wǎng)絡(luò)觀點來看，航空電子設(shè)備相當(dāng)于一臺微機，它們以機載數(shù)據(jù)總線為紐帶，互連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)信息的傳輸任務(wù)。目前其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴展到艦船、衛(wèi)星、導(dǎo)彈和坦克等各種機動平臺上，在本質(zhì)上，它是一種實時網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)[1]。

機載數(shù)據(jù)總線技術(shù)源于航空電子綜合系統(tǒng)的發(fā)展[7]，美軍航空電子系統(tǒng)經(jīng)歷了先前的四個階段：第一代分離式航空電子系統(tǒng)，導(dǎo)航、雷達等系統(tǒng)工作完全獨立，初期的系統(tǒng)在處理任務(wù)中甚至依賴飛行員判斷；第二代聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)各個功能相互獨立，不同設(shè)備間較少有數(shù)據(jù)交互；在第三代綜合式航空電子系統(tǒng)中，提出了“模塊”概念，利用計算機構(gòu)成信息處理模塊，從而取代子系統(tǒng)，系統(tǒng)具有良好的可擴展性，功能比較豐富能夠處理復(fù)雜的任務(wù)；目前正過渡到第四代“先進綜合式”的研究階段，采用“統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)”實現(xiàn)子系統(tǒng)、模塊乃至處理芯片之間的互聯(lián)，具有高速、可擴展性、低延遲和可容錯的特點。

2 典型的機載數(shù)據(jù)總線

目前已投入使用及研究中的民用的典型機載數(shù)據(jù)總線有：ARINC?429/629，CSDB，STAN?AG?3838/3910，LTPB，F(xiàn)DDI，AFDX等。

軍用典型機載數(shù)據(jù)總線有：MIL?STD?1553B，1773，SCI和FC等。

2.1 ARINC?429

ARINC?429總線協(xié)議是美國航空電子工程委員會（Airlines Engineering Committee）制定的一種串口標準，規(guī)定了航空電子設(shè)備與有關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸要求[3]。

ARINC?429是點對點式的傳輸協(xié)議，總線上至多可以有20個接收設(shè)備，如圖 1所示。一般情況下，總線長度為53 m以下。

圖1 ARINC?429總線數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖

ARINC?429總線系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)主要有星型和總線型兩種，如圖 2所示。

圖2 ARINC?429數(shù)據(jù)總線拓撲結(jié)構(gòu)

ARINC?429主要特點是：

（1） 傳輸方式：單向方式，信息只能從通信設(shè)備的發(fā)送口輸出，經(jīng)傳輸總線傳至與它相連的需要該信息的其他設(shè)備的接口。

（2） 驅(qū)動能力：每條總線上可以連接不超過20個接收器。

（3） 調(diào)制方式：采用BNR碼，調(diào)制信號由“高”、“零”和“低”三電平狀態(tài)。

（4） 傳輸速率：分高低兩檔，高速為100 Kb/s，低速在12～14.5 Kb/s范圍內(nèi)。

（5） 同步方式：傳輸?shù)幕締挝皇亲?，每個字由32位組成。

ARINC?429總線結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，采用非集中控制、傳輸可靠、錯誤隔離性好，缺點表現(xiàn)為帶寬有限，接口不能適應(yīng)新的微處理器，異步回路有較大的延遲等。ARINC?429廣泛應(yīng)用在民航客機、兵器領(lǐng)域的科研院所和生產(chǎn)單位中，如B?737、B?757、B?767，發(fā)展到下一代替代標準有ARINC?629/664和STAN?AG?3838/3910。

2.2 線性令牌傳遞數(shù)據(jù)總線

近幾年來，光纖數(shù)據(jù)總線技術(shù)成為了機載數(shù)據(jù)總線研究的熱點之一，其中最具代表性的是光纖數(shù)據(jù)總線線性令牌傳遞總線（LTPB）。LTPB光纖網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)為星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過星型耦合器連接起來。如圖3所示。

圖3 LTPB星形冗余結(jié)構(gòu)

LTPB主要特點有：

（1） 傳輸方式：采用一個限時令牌多優(yōu)先級傳輸協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點共享一條廣播式傳輸介質(zhì)，當(dāng)LTPB工作時，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點根據(jù)它們的物理地址、編碼的大小組成邏輯環(huán)路，令牌沿邏輯環(huán)路逐節(jié)點傳輸。

（2） 調(diào)制方式：采用曼徹斯特Ⅱ型碼。

（3） 傳輸速率：20 Mb/s。

（4） 同步方式：冗余方式可以有同步和異步之分，同步方式指系統(tǒng)中冗余的部件和介質(zhì)同時工作，接收端按一定的原則取得有效數(shù)據(jù)；異步方式指系統(tǒng)正常工作時僅有一個通道工作，如發(fā)現(xiàn)錯誤，則切換到備份通道上傳輸。

LTPB總線技術(shù)廣泛的使用在美國戰(zhàn)機上，如海A?12、空YF?22和YF?23戰(zhàn)機，在第4代F?22“猛禽”戰(zhàn)斗機也采用該總線技術(shù)，已被確認在美國下一代軍用機上的航空電子局域網(wǎng)上使用。

2.3 光纖分布式數(shù)據(jù)接口

光纖分布式數(shù)據(jù)接口（Fibre Distributed Data Interface，F(xiàn)DDI）是由美國國家標準化組織（ANSI）制定的在光纜上發(fā)送數(shù)字信號的一組協(xié)議，標準號為ANSI?X3.229。ISO和IEEE分別將FDDI技術(shù)接納為國際標準。FDDI協(xié)議基于令牌環(huán)協(xié)議，如圖 4可以看出，F(xiàn)DDI將OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層分成兩個子層。

物理層包括成兩個子層：PHY子層規(guī)定了傳輸編碼和譯碼、時鐘要求及符號集合；媒體相關(guān)層PMD規(guī)定了光纖媒體應(yīng)具備的條件及連接器等。

圖4 FFDI分層結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個子層：媒體訪問控制（MAC）規(guī)定FDDI定時令牌協(xié)議所需要的幀格式、尋址和令牌處理；邏輯鏈路控制（LLC）為用戶提供了交換數(shù)據(jù)的方法。

站管理（SMT）標準定義如何對物理媒體相關(guān)層、物理層協(xié)議層和媒體訪問控制部分進行控制和管理。

FDDI拓撲結(jié)構(gòu)使用雙環(huán)令牌，由主環(huán)和備用環(huán)組成，在正常情況下，主環(huán)用于數(shù)據(jù)傳輸，備用閑置，因而具有較強的容錯能量，F(xiàn)DDI拓撲結(jié)構(gòu)如圖 5所示。

圖5 FDDI拓撲結(jié)構(gòu)

FDDI主要特點有：

（1） 傳輸方式：采用令牌訪問控制協(xié)議。

（2） 調(diào)制方式：采用BNR碼。

（3） 傳輸速率：達到100 Mb/s，最多可連接500個節(jié)點，節(jié)點間最大距離2 km，消息最大長度2 250個字。

（4） 同步方式：同步和異步信息兩種類型。同步信息指由延遲時間限制的控制、顯示、遙測、話音等周期信息，強調(diào)信息的實時性。異步信息指沒有延遲時間限制的網(wǎng)絡(luò)管理、交互任務(wù)、大數(shù)據(jù)塊消息等非周期信息。

FFDI技術(shù)不僅可靠、可行，而且能大大提升通信能力，大量應(yīng)用于商業(yè)，軍事和工業(yè)領(lǐng)域，美國三軍聯(lián)合航空電子系統(tǒng)工作小組（JIAWG）根據(jù)研究結(jié)果制定了AS?4074.2，美國海軍新一代資源（NGCR）計劃、波音777飛機、“自由號”空間站、“華盛頓”核動力航空母艦、DDG?S1和宙斯盾（AEGIS）導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上都用該總線技術(shù)。

2.4 MIL?STD?1553B/1773

MIL?STD?1553B是1973年由美國軍方和政府推出的軍用標準多路數(shù)據(jù)傳輸總線協(xié)議，堪稱現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機電子系統(tǒng)的“脊梁骨”，是為適應(yīng)工業(yè)和軍事的需要而提出，具有很高的可靠性和靈活性。其核心在于“標準”二字，使得機載雷達光電探測、導(dǎo)航、傳感、控制綜合聯(lián)結(jié)，構(gòu)成第三代戰(zhàn)斗機標志性的分布式集中控制系統(tǒng)。

1553B采用命令/響應(yīng)式傳輸協(xié)議，其典型的拓撲結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 1553B總線拓撲結(jié)構(gòu)

MIL?STD?1553B主要特點有：

（1） 傳輸方式：半雙工傳輸方式。

（2） 驅(qū)動能力：可掛接的32個終端按其作用分為：總線控制器BC、總線監(jiān)控器BM、遠程終端RT。各終端之間信息傳輸方式有：BC到RT，RT和BC，RT到RT，廣播方式和系統(tǒng)控制方式。

（3） 調(diào)制方式：曼徹斯特Ⅱ型碼。

（4） 傳輸速率：1 Mb/s。

（5） 同步方式：總線上的信息流由3種類型的字消息組成：命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。字長為20位，前三位為3個位長的同步字頭，中間有效信息位是16位，最后1個奇偶校驗位。

1553B從20世紀70年代至今廣泛用于軍事、工業(yè)和科技領(lǐng)域，美大型運輸艦、空間補給站、轟炸機、戰(zhàn)斗機F?16A、導(dǎo)彈、直升機及飛機器和導(dǎo)彈之間都使用過該總線技術(shù)。我國的“神舟”飛船和“實踐5號”小衛(wèi)星上也采用這種總線技術(shù)。

1553B的缺點是總線帶寬不足、容錯能力有限、維修復(fù)雜[4]。在1988年美國軍方制定的軍用標準MIL?STD?1773是美軍航空電子綜合系統(tǒng)的標準總線，是對1553B標準在傳輸介質(zhì)上的改進[5]，即利用光纖來取代傳統(tǒng)雙絞線或電纜，具有1 Mb/s和20 Mb/s兩種速率，高層協(xié)議與1553B相同。其優(yōu)異的性能已被美國國家航空航天局（NASA）和海軍使用，其中F18戰(zhàn)斗機也是使用該標準，有“一網(wǎng)蓋三軍”之稱，國內(nèi)也有相應(yīng)的技術(shù)跟進，制定了國軍標“GJB289A”和“GJB2663”標準，并已應(yīng)用于國產(chǎn)先進戰(zhàn)斗機中。

2.5 可變規(guī)?；ミB接口

可變規(guī)模互連接口（Scalable Coherent Interface，SCI）也稱可擴展一致性接口，是一種可以提供千兆位互連帶寬和微秒級傳輸延遲的高性能系統(tǒng)互連技術(shù)，于1992年正式被稱為IEEE標準[6]。

SCI基本協(xié)議包括三個層次：物理層、邏輯層和緩存一致層（可選）。

圖7 SCI總線協(xié)議

物理層對SCI的數(shù)據(jù)鏈路規(guī)范，鏈接方式即網(wǎng)絡(luò)接口等作規(guī)定；邏輯層主要規(guī)定SCI的數(shù)據(jù)包格式，并描述事務(wù)協(xié)議，詳細的邏輯協(xié)議由C代碼表述；緩存一致層主要是針對并行計算機的貢獻存儲器模型提出的，該部分在SCI基本協(xié)議的正式標準中是可選部分。

SCI拓撲結(jié)構(gòu)如圖 8所示，SCI主要規(guī)定了兩種互連鏈路標準：18?DE?500和1?FO?1250。

圖8 SCI的基本環(huán)形拓撲和接口模型

SCI主要特點有：

（1） 傳輸方式：18?DE?500并行鏈路采用電介質(zhì)，差分信號傳輸；1?FO?1250串行鏈路采用光纖介質(zhì)，主要使用于長距離的互連。

（2） 驅(qū)動能力：SCI對接口規(guī)范做了規(guī)定，因此SCI可以支持靈活的拓撲形式，并可互連各種總線的橋。

（3） 傳輸速率：串行通信通常采用光纖介質(zhì)，帶寬可達1.25 Gb/s；而并行通信通常采用電介質(zhì)，單個信號線提供的帶寬為500 Mb/s，高性能多計算機互連時，帶寬可達8 Gb/s。

（4） 同步方式：并行通信下，SCI鏈路為18位寬，其中1位為時鐘位，1位為標志位和16位數(shù)據(jù)位，這18位信息稱為一個符號。

SCI因其接口靈活，應(yīng)用廣泛。目前是大部分第三代航電系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)總線類型，也已經(jīng)被美國選定為第四代航空數(shù)據(jù)總線的候選者之一。

2.6 光纖通道

光纖通道（Fiber Channel，F(xiàn)C）是美國國家標準委員會ANSI于1998年開始制定的數(shù)據(jù)通信標準，它是關(guān)于計算機之間以及I/O設(shè)備之間的一種開放式高速據(jù)通信標準，部分已成熟的ANSI標準于2005年被ISO/IEC組織采納為國際標準。它定義了多種硬件系統(tǒng)之間大量數(shù)據(jù)交換的通信接口，是一個包含幾十個標準文件的龐大的協(xié)議簇[7]。

光纖通道按照協(xié)議層之間技術(shù)相互獨立，留有增長空間，并且由具有資質(zhì)的標準化機構(gòu)進行開發(fā)，其分層結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 光纖通道通信協(xié)議結(jié)構(gòu)

FC?0物理鏈路層定義了光纖通道的物理介質(zhì)，連接規(guī)定了協(xié)議提供的傳輸速率。

FC?1編碼/解碼層定義了傳輸協(xié)議，包括串行編碼和解碼規(guī)則以及差錯控制。

FC?2鏈路控制層規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕?guī)則和機制，提供了數(shù)據(jù)塊從一個端口傳輸?shù)较乱粋€端口的傳輸機制、通訊模型、拓撲結(jié)構(gòu)、通用交換網(wǎng)模型、以及幀格式、幀序列、通信協(xié)議和服務(wù)分類等。

FC?3公共服務(wù)層對物理和信號層以上的高層協(xié)議提供了一套通用的公共通信服務(wù)。

FC?4映射協(xié)議層是光纖通道協(xié)議結(jié)構(gòu)的最高層，定義了光纖通道的應(yīng)用接口，規(guī)定了多層上層協(xié)議到光纖通道的映射。

光纖通道三種拓撲結(jié)構(gòu)如圖10所示。

光纖通道具主要技術(shù)特點：

（1） 傳輸速率：碼間傳輸為1.062 Gb/s，全雙工可達2.12 Gb/s，通過多通道可擴展至高達4.24 Gb/s。

（2） 驅(qū)動能力：支持點對點、令牌環(huán)、星型等多種拓撲結(jié)構(gòu)，環(huán)路結(jié)構(gòu)最多連接127個設(shè)備；星型拓撲最多可連接1 600個設(shè)備。

（3） 調(diào)制方式：采用8 b/10 b編碼。

（4） 能夠提供無確認的交付，適用于低開銷、大塊數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸.支持無錯封包傳輸，提供有保證的順次數(shù)據(jù)幀交付，適用于任務(wù)報文的交付。

（5） 光纖通道不包括本地的上層協(xié)議，而是定義各種傳輸層之間的協(xié)議映射和一系列光纖通道交換和系列。

圖10 光纖通道拓撲結(jié)構(gòu)

光纖通道技術(shù)受到國外尤其是美國軍方的重視，美國軍方專門成立了FC?AC小組，制定航空電子光纖通道FC?AE標準。目前，F(xiàn)C?AE協(xié)議的一部分FC?AE?1553協(xié)議于2004年4月制定完畢[8]，該協(xié)議定義MIL?STD?1553總線協(xié)議和FC高層協(xié)議之間的映射關(guān)系。光纖通道已在美轟炸機B1?B，U2上使用，在F?35飛機研制中，光纖通道技術(shù)已成為其高速網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基礎(chǔ)。

3 分析比較

通過對比上述數(shù)據(jù)總線的傳輸速率、單消息字節(jié)數(shù)，最大節(jié)點數(shù)，可以看出數(shù)據(jù)總線從早期的ARINC?429到SCI、光纖通道總線技術(shù)，總線的各項性能在逐步增強，主要表現(xiàn)在傳輸速率在極大的提高，達到Gb/s級的帶寬，單消息字節(jié)數(shù)逐步增加，最大節(jié)點個數(shù)更多，連接更趨靈活，可以搭載更多的終端，完成更多的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)總線總體朝著功能更強、體積更小、重量更輕、可靠性更高、維修更方便、成本更低的趨勢發(fā)展，數(shù)據(jù)總線技術(shù)在很大程度上提升飛機的性能，提高了飛機完成任務(wù)的能力。

典型機載數(shù)據(jù)總線各項指標的綜合對比見表1。

4 結(jié) 語

數(shù)據(jù)總線技術(shù)是現(xiàn)代先進飛行器操作系統(tǒng)和航空電子綜合化最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，數(shù)據(jù)總線決定航空電子系統(tǒng)綜合化程度的高低。

在數(shù)據(jù)總線的選擇和使用上，應(yīng)綜合考慮其帶寬要求、可靠性、實時性、是否是國際標準、軍、商業(yè)化程度、性價比及抗惡劣環(huán)境等因素。目前ARINC429，1553B，1773雖然在穩(wěn)定性和可靠性方面具有較大的優(yōu)勢，但由于其數(shù)據(jù)速率只有10 Kb/s～20 Mb/s，已遠遠不能適應(yīng)未來航空數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展的需求，但仍可用于分布距離較短的機載、艦載環(huán)境以及對數(shù)據(jù)傳輸要求一般的環(huán)境。

在第三代綜合式航空電子系統(tǒng)時代，LTPB和FFDI作為高速數(shù)據(jù)總線傳輸方案，使得信息實現(xiàn)更高一層次的綜合。在第四代先進綜合式航空電子系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也不僅僅只是命令與狀態(tài)控制信息，中間還有大量的探測及處理信息，要求具備Gb/s級的傳輸速率及μs級延遲，SCI、FC均能滿足要求，同時，經(jīng)美國航空電子綜合產(chǎn)品專家組（IPT）對數(shù)據(jù)總線特性的綜合評定，已將SCI和FC納入為JSF（第五代聯(lián)合攻擊機項目）統(tǒng)一互連網(wǎng)絡(luò)的選擇方案，SCI和FC以高帶寬、低延遲的特性，在未來航空電子數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域?qū)⒕哂泻艽蟮膽?yīng)用前景。

圖11 典型總線數(shù)據(jù)對比

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[9] 趙守疆，趙修斌，王漢民.一種大型導(dǎo)航裝備主控系統(tǒng)的通信設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（21）：60?61.

[10] 米耀輝，周堅鑫，周錫華，等.ARINC429總線在航空物探測量系統(tǒng)集成中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（7）：115?118.

[11] 崔海青，李宏，劉博，等.一種多通道ARINC429總線收發(fā)容錯方法的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（6）：125?128.

3 分析比較

通過對比上述數(shù)據(jù)總線的傳輸速率、單消息字節(jié)數(shù)，最大節(jié)點數(shù)，可以看出數(shù)據(jù)總線從早期的ARINC?429到SCI、光纖通道總線技術(shù)，總線的各項性能在逐步增強，主要表現(xiàn)在傳輸速率在極大的提高，達到Gb/s級的帶寬，單消息字節(jié)數(shù)逐步增加，最大節(jié)點個數(shù)更多，連接更趨靈活，可以搭載更多的終端，完成更多的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)總線總體朝著功能更強、體積更小、重量更輕、可靠性更高、維修更方便、成本更低的趨勢發(fā)展，數(shù)據(jù)總線技術(shù)在很大程度上提升飛機的性能，提高了飛機完成任務(wù)的能力。

典型機載數(shù)據(jù)總線各項指標的綜合對比見表1。

4 結(jié) 語

數(shù)據(jù)總線技術(shù)是現(xiàn)代先進飛行器操作系統(tǒng)和航空電子綜合化最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，數(shù)據(jù)總線決定航空電子系統(tǒng)綜合化程度的高低。

在數(shù)據(jù)總線的選擇和使用上，應(yīng)綜合考慮其帶寬要求、可靠性、實時性、是否是國際標準、軍、商業(yè)化程度、性價比及抗惡劣環(huán)境等因素。目前ARINC429，1553B，1773雖然在穩(wěn)定性和可靠性方面具有較大的優(yōu)勢，但由于其數(shù)據(jù)速率只有10 Kb/s～20 Mb/s，已遠遠不能適應(yīng)未來航空數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展的需求，但仍可用于分布距離較短的機載、艦載環(huán)境以及對數(shù)據(jù)傳輸要求一般的環(huán)境。

在第三代綜合式航空電子系統(tǒng)時代，LTPB和FFDI作為高速數(shù)據(jù)總線傳輸方案，使得信息實現(xiàn)更高一層次的綜合。在第四代先進綜合式航空電子系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也不僅僅只是命令與狀態(tài)控制信息，中間還有大量的探測及處理信息，要求具備Gb/s級的傳輸速率及μs級延遲，SCI、FC均能滿足要求，同時，經(jīng)美國航空電子綜合產(chǎn)品專家組（IPT）對數(shù)據(jù)總線特性的綜合評定，已將SCI和FC納入為JSF（第五代聯(lián)合攻擊機項目）統(tǒng)一互連網(wǎng)絡(luò)的選擇方案，SCI和FC以高帶寬、低延遲的特性，在未來航空電子數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域?qū)⒕哂泻艽蟮膽?yīng)用前景。

圖11 典型總線數(shù)據(jù)對比

參考文獻

[1] 支超有.機載數(shù)據(jù)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2] 崔劍，李錚，鄭錚.新一代航空機載光纖數(shù)據(jù)總線[J].光通信技術(shù)，2005（7）：39?42.

[3] 胡辛，李紅軍，曹鬧昌，等.航空電子數(shù)據(jù)總線技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（14）：96?98.

[4] 趙永庫，王昆睿.新一代軍用航空電子數(shù)據(jù)總線標準選擇[J]. 航空計算機技術(shù)，2012（11）：99?103.

[5] 唐金元，王翠珍，王思臣.綜合航電系統(tǒng)高速光纖數(shù)據(jù)總線應(yīng)用研究[J].電光與控制，2007，22（6）：1?3.

[6] 姜震，熊華鋼，邵定蓉.基于SCI的未來航空電子高速數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)[J].航空計算技術(shù)，2002（3）：18?22.

[7] 張志，翟正軍，李想.航空電子光纖通道協(xié)議分析與接口卡設(shè)計[J].測控技術(shù)，2010，29（2）：99?101.

[8] 馬貴斌，周國奇，田珂.軍用數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展綜述[J].電光與控制，2010，25（6）：48?53.

[9] 趙守疆，趙修斌，王漢民.一種大型導(dǎo)航裝備主控系統(tǒng)的通信設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（21）：60?61.

[10] 米耀輝，周堅鑫，周錫華，等.ARINC429總線在航空物探測量系統(tǒng)集成中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（7）：115?118.

[11] 崔海青，李宏，劉博，等.一種多通道ARINC429總線收發(fā)容錯方法的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（6）：125?128.

3 分析比較

通過對比上述數(shù)據(jù)總線的傳輸速率、單消息字節(jié)數(shù)，最大節(jié)點數(shù)，可以看出數(shù)據(jù)總線從早期的ARINC?429到SCI、光纖通道總線技術(shù)，總線的各項性能在逐步增強，主要表現(xiàn)在傳輸速率在極大的提高，達到Gb/s級的帶寬，單消息字節(jié)數(shù)逐步增加，最大節(jié)點個數(shù)更多，連接更趨靈活，可以搭載更多的終端，完成更多的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)總線總體朝著功能更強、體積更小、重量更輕、可靠性更高、維修更方便、成本更低的趨勢發(fā)展，數(shù)據(jù)總線技術(shù)在很大程度上提升飛機的性能，提高了飛機完成任務(wù)的能力。

典型機載數(shù)據(jù)總線各項指標的綜合對比見表1。

4 結(jié) 語

數(shù)據(jù)總線技術(shù)是現(xiàn)代先進飛行器操作系統(tǒng)和航空電子綜合化最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，數(shù)據(jù)總線決定航空電子系統(tǒng)綜合化程度的高低。

在數(shù)據(jù)總線的選擇和使用上，應(yīng)綜合考慮其帶寬要求、可靠性、實時性、是否是國際標準、軍、商業(yè)化程度、性價比及抗惡劣環(huán)境等因素。目前ARINC429，1553B，1773雖然在穩(wěn)定性和可靠性方面具有較大的優(yōu)勢，但由于其數(shù)據(jù)速率只有10 Kb/s～20 Mb/s，已遠遠不能適應(yīng)未來航空數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展的需求，但仍可用于分布距離較短的機載、艦載環(huán)境以及對數(shù)據(jù)傳輸要求一般的環(huán)境。

在第三代綜合式航空電子系統(tǒng)時代，LTPB和FFDI作為高速數(shù)據(jù)總線傳輸方案，使得信息實現(xiàn)更高一層次的綜合。在第四代先進綜合式航空電子系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也不僅僅只是命令與狀態(tài)控制信息，中間還有大量的探測及處理信息，要求具備Gb/s級的傳輸速率及μs級延遲，SCI、FC均能滿足要求，同時，經(jīng)美國航空電子綜合產(chǎn)品專家組（IPT）對數(shù)據(jù)總線特性的綜合評定，已將SCI和FC納入為JSF（第五代聯(lián)合攻擊機項目）統(tǒng)一互連網(wǎng)絡(luò)的選擇方案，SCI和FC以高帶寬、低延遲的特性，在未來航空電子數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域?qū)⒕哂泻艽蟮膽?yīng)用前景。

圖11 典型總線數(shù)據(jù)對比

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[8] 馬貴斌，周國奇，田珂.軍用數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展綜述[J].電光與控制，2010，25（6）：48?53.

[9] 趙守疆，趙修斌，王漢民.一種大型導(dǎo)航裝備主控系統(tǒng)的通信設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（21）：60?61.

[10] 米耀輝，周堅鑫，周錫華，等.ARINC429總線在航空物探測量系統(tǒng)集成中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（7）：115?118.

[11] 崔海青，李宏，劉博，等.一種多通道ARINC429總線收發(fā)容錯方法的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（6）：125?128.