未來航空電子高速數(shù)據總線技術的研究

鄭娟

摘 要：高速數(shù)據總線技術是航空電子系統(tǒng)實現(xiàn)綜合化的關鍵技術，對航空電子系統(tǒng)的性能有著決定性的影響。本文論述了航空電子數(shù)據總線的發(fā)展歷程，并基于其現(xiàn)狀和發(fā)展需求，對未來航空電子高速數(shù)據總線技術展開了討論與研究。

關鍵詞：航空電子；高速數(shù)據總線

航空電子總線技術是決定航空電子系統(tǒng)整體性能的核心技術，也是衡量航空電子系統(tǒng)技術水平的重要依據。縱觀航空電子系統(tǒng)綜合技術的發(fā)展歷程，可以發(fā)現(xiàn)航空電子總線技術是推動航電系統(tǒng)更新的重要動力?？偩€技術與結構的不斷創(chuàng)新為航空電子系統(tǒng)的日益綜合化提供了實施條件和技術支持。而信息技術在航空航天領域的應用日益廣泛，隨之產生的大量復雜的數(shù)據也給未來的航空電子系統(tǒng)帶來了更多的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的航空電子總線技術已經不能夠滿足對于井噴式增長的各類信息的處理和傳輸要求。1553總線技術正逐漸被光纖通信（FC）、1394串行總線以及以太網等高速總線技術取代。研發(fā)新一代高速數(shù)據總線技術是航空電子系統(tǒng)發(fā)展的必然要求，也是研發(fā)新一代民航飛機的必然需要。未來航空電子高速數(shù)據總線技術應具備高傳輸速率、良好的環(huán)境適應性、良好的兼容性和冗余容錯能力等特征。

1 線性令牌傳輸總線

1988年美國制定了兩個高速數(shù)據總線標準，即線性令牌傳輸總線（LTPB）和光纖分布式數(shù)據接口（FDDI）。在經過測試和比較后，線性令牌傳輸總線被選定為下一代飛機的高速數(shù)據總線標準。線性令牌傳輸總線的傳輸速率達到50Mb/s，可傳輸最長為4096個字節(jié)的消息，最多能夠與128個終端相連。LTPB在物理結構上是星型拓撲，可以方便地對網絡上信息的傳輸情況乃至整個網絡的狀態(tài)進行監(jiān)控。LTPB所采用的通信協(xié)議是限時令牌多優(yōu)先級傳遞協(xié)議。該協(xié)議將網絡中傳遞的信息劃分為4個優(yōu)先級，高優(yōu)先級的信息會被優(yōu)先傳輸。LTPB的每個終端都配備有定時器以減少高優(yōu)先級信息傳輸?shù)难舆t，并可有效防止網絡中的某個節(jié)點長期占用總線。線性令牌傳輸總線具有較強的容錯能力，并能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的重構。

2 IEEE1394

IEEE1394又被稱為火線，是在上個世紀末誕生的一種高性能串行總線技術。其目前能達到的最高傳輸速率為800Mb/s，而正在研發(fā)中的1394b技術支持3.2Gb/s的傳輸速度。高速的數(shù)據傳輸速率使得IEEE1394在信息通信領域體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。一旦最終實現(xiàn)了3.2Gb/s的數(shù)據傳輸速度，在航空電子系統(tǒng)中只需一個IEEE1394網絡，便可實現(xiàn)對所有聲音、圖像、視頻、數(shù)據等信息的實時傳遞，極大地提高航空電子系統(tǒng)的性能。近些年IEEE1394技術的研發(fā)突飛猛進，是未來航空電子高速數(shù)據總線技術的有力競爭者之一。IEEE1394總線技術自帶能源線，具有更高的可靠性。同時，IEEE1394支持即插即用功能，具有高度的靈活性。每一條IEEE1394總線可最多連接數(shù)十個設備，便于實現(xiàn)復雜網絡結構的組成，擴展性強。此外，IEEE1394技術支持同一個外部設備供數(shù)臺處理器共享使用，而這是其他高速總線技術尚無法實現(xiàn)的。在實際應用中，火線技術的供貨渠道較多，成本也較為低廉，但由于其拓撲結構必須在特定距離范圍內進行鋪設，具有一定的局限性。

3 SCI

隨著計算機技術的快速發(fā)展，未來航空電子系統(tǒng)將會由超級計算機和具有大容量存儲器的多個處理器等構成。由于計算機處理速度的不斷提升，傳統(tǒng)總線技術已經難以滿足計算機群大帶寬、低延遲的要求。而SCI協(xié)議采用緩沖器插入環(huán)技術，帶寬可高達8Gb/s。采用SCI協(xié)議的互聯(lián)網絡傳輸信號穩(wěn)定，抗干擾能力強；支持多對節(jié)點之間同時進行信息傳輸，通信效率高；拓撲鏈接靈活，可擴展性強。同其他環(huán)網相比，SCI環(huán)網的信息吞吐量明顯高了不少。從實驗測試結果來看，SCI協(xié)議可以滿足航空電子系統(tǒng)的基本互聯(lián)要求，并具備有獨特的技術優(yōu)勢，但其數(shù)據傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性仍然有待提高。

4 光纖通道

光纖通道（FC）的傳輸速率最高可達4Gb/s，并且支持主機到主機的網絡連接，能夠滿足未來航空電子高速數(shù)據總線高帶寬和低延遲的要求。由于采用了8B/10B的編碼方式，光纖通道的數(shù)據傳輸具有更高的可靠性。光纖通道可以通過點對點、交換和仲裁環(huán)路三種結構進行拓撲。目前光纖通道技術已經得到了較為廣泛的應用，其在航空電子系統(tǒng)領域的具體應用也正在研究之中。

5 航天光纖數(shù)據總線

航天光纖數(shù)據總線（SFODB）是由NASA和美國國防部于1999年制定的。該標準采用了環(huán)形拓撲結構，可采用串行或者并行傳輸方式。雖然航天光纖數(shù)據總線是針對航天飛行器的應用而制定的，但是由于其具有高容錯、高傳輸速率、低延時和長壽命等特點，也可用于未來航空電子系統(tǒng)。不過由于成本過高，航天光纖數(shù)據總線在航空電子系統(tǒng)中的應用受到了一些限制。

6 結語

隨著現(xiàn)代民航飛機的航空電子系統(tǒng)所需處理和傳輸?shù)男畔⒘咳找嬖鲩L，其對數(shù)據總線技術的傳輸速率提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的1553B總線和CAN總線等已經不能滿足現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)的要求。而各種高速數(shù)據總線技術的快速發(fā)展，也為未來航空電子系統(tǒng)的更新?lián)Q代提供了多種選擇。從目前的研究成果來看，IEEE1394和光纖通道等高速數(shù)據總線技術各自具有獨特的技術優(yōu)勢，發(fā)展前景可觀。為了縮小我國與國外在航空電子系統(tǒng)領域的差距，有必要積極加大對高速數(shù)據總線技術的研發(fā)力度，提高我國的航空電子系統(tǒng)綜合化水平。

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