科技創(chuàng)新淺談1394總線技術(shù)

張雪園

摘?要：針對(duì)目前應(yīng)用在航空電子系統(tǒng)的1394總線技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，包括1394總線的傳輸特點(diǎn)、總線結(jié)構(gòu)、1394協(xié)議，以及提高IEEE-1394b總線確定性和可靠性的方法。

關(guān)鍵詞：航空電子系統(tǒng);1394總線;IEEE-1394b

1 1394總線概述

1.1 1394總線簡(jiǎn)介

蘋果公司最初提出的IEEE 1394為一種高速串行總線，又被稱為火線技術(shù)（FIRE WIRE）。電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）在1995年，正式頒布了第一個(gè)IEEE1394總線標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議、連接系統(tǒng)等，具有能夠?qū)崿F(xiàn)采用較低的成本獲取較高性能的優(yōu)點(diǎn)（如可增強(qiáng)打印機(jī)、掃描儀、硬盤與視頻電話、數(shù)碼相機(jī)等的連接能力），從而被工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]。

欲將1394總線應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域，首先得滿足低延遲、具有確定性和高可靠性等要求。美國(guó)機(jī)動(dòng)工程師協(xié)會(huì)（SAE）對(duì)IEEE1394總線標(biāo)準(zhǔn)的局部做了約束和限定，使之成為能夠滿足航空、航天領(lǐng)域應(yīng)用的總線標(biāo)準(zhǔn)。目前，1394總線已成功應(yīng)用于洛克希德-馬丁公司的美國(guó)聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)（JSF）項(xiàng)目;國(guó)內(nèi)也意識(shí)到傳統(tǒng)的ARINC429、MIL_STD_1553B等總線難以滿足日趨復(fù)雜的航空航天系統(tǒng)，1394總線在航空、航天系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

1.2 1394總線發(fā)展歷程

IEEE1394-1995：最初由Apple公司提出，由IEEE正式制定;支持速率100/200/400Mbps距離最遠(yuǎn)達(dá)4.5米。

IEEE1394a-2000：對(duì)IEEE-1394標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充;互操作性和性能增強(qiáng);解決了一些二義性問(wèn)題;提供更快的仲裁和總線復(fù)位速度。

IEEE1394b-2002：提供一種新型的連接模式;增加了傳輸介質(zhì)的類型;對(duì)仲裁和故障容錯(cuò)進(jìn)行了改進(jìn);延長(zhǎng)了距離;向后兼容1394a;速度提高到S800、S1600，并支持未來(lái)協(xié)議構(gòu)架S3200[2]。

IEEE1394-2008：在綜合了IEEE1394-1995，IEEE1394a-2000和IEEE1394b-2002標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，糾正了大量的錯(cuò)誤（比如S1600的數(shù)據(jù)傳輸率等），增加了Beta Plus PHY-link接口的規(guī)范、UTP PMD規(guī)范和S3200操作規(guī)范，明確S1600和S3200的操作，并對(duì)重建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌偩€復(fù)位后）的方法提供了指導(dǎo)思路。

SAE AS5643（MIL-1394b）在2004年由SAE提出。該規(guī)范的主要作用是保障MIL-1394b能夠滿足在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的確定性、延遲性和高可靠性要求，即確保MIL-1394b能夠在航空航天領(lǐng)域中的任務(wù)關(guān)鍵、安全關(guān)鍵系統(tǒng)中使用。

1.3 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1394總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由CC、RN、BM等組成。其中CC是網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點(diǎn)、具有循環(huán)控制器、等時(shí)源管理器和總線管理器功能;RN為遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn);BM為總線監(jiān)控器，監(jiān)控總線行為及傳輸數(shù)據(jù);中繼器可完成總線速率匹配及距離擴(kuò)展;1394線纜為物理通信媒介，是網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)妮d體;連接器包括模塊連接器和線纜連接器，模塊連接器連接在模塊端口上;線纜連接器提供1394線纜之間的連接接口，實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)接口。

1394總線具有速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、具有確定性和實(shí)時(shí)性和支持“熱插拔”等特點(diǎn)：

（1）速度快：

a.1394a支持3種數(shù)據(jù)傳輸率，分別為100Mbps、200Mbps和400Mbps;

b.1394b支持5種數(shù)據(jù)傳輸率，分別為100Mbps、200Mbps、400Mbps、800Mbps和1600Mbps;

如果使用光纖，最高傳輸速率可達(dá)3.2Gbps。

（2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸：1394總線的結(jié)構(gòu)保證了所有設(shè)備在總線上的地位是一樣的，即當(dāng)2個(gè)1394設(shè)備需要進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的交互時(shí)，這兩個(gè)設(shè)備之間直接能進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸而不再額外需要主機(jī)的參與，從而主機(jī)的負(fù)載不會(huì)增加。

（3）傳輸距離長(zhǎng)：1394b最大傳輸距離可達(dá)100米（此時(shí)的傳輸速率將會(huì)降低到100Mbps，因?yàn)閭鬏斁嚯x的提升是以降低速率為代價(jià)）。

（4）確定性：支持“請(qǐng)求-應(yīng)答”方式的異步操作。

（5）實(shí)時(shí)性：支持“等時(shí)同步-多播-無(wú)應(yīng)答”方式的等時(shí)操作。

（6）支持“熱插拔”：可實(shí)現(xiàn)即插即用，自動(dòng)建立總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2 1394總線系統(tǒng)構(gòu)建

總線系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。其中，應(yīng)用層，主要完成應(yīng)用軟件接口;串行總線管理，主要完成總線管理（BM）和等時(shí)資源管理（IRM）;事務(wù)層，主要完成讀、寫(xiě)和鎖定事務(wù);鏈路層，主要實(shí)現(xiàn)周期控制、數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送;物理層，主要總線初始化、編解碼、仲裁和介質(zhì)接口;IEEE1394物理接口，硬件實(shí)現(xiàn)部分。

1394標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系如圖2所示，包括SAE AS5657、SAE AS5643、SAE AS5643/1、SAE AS5706、SAE AS5708等。其中，SAE AS5643是在IEEE-1394b的基礎(chǔ)上增加了航空應(yīng)用的物理電纜的電氣特性和操作要求。SAE AS5643是航空/航天領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的總線標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

1394總線相比傳統(tǒng)的MIL_STD_1553B總線和ARINC429總線等，具有數(shù)據(jù)傳輸量高、可靠性高、組網(wǎng)方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足日趨復(fù)雜的航空/航天系統(tǒng)對(duì)機(jī)載總線的需求。本文概括了1394總線的傳輸特點(diǎn)、總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線系統(tǒng)的構(gòu)建，以及提高1394b總線確定性和可靠性的方法，可為后續(xù)1394總線在航空電子系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)施提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐璐璐.基于AS5643協(xié)議光纖接口卡的研究與實(shí)現(xiàn)[J].西安電子科技大學(xué)碩士論文，2018.

[2]張少鋒.基于AS5643協(xié)議的Mil-1394仿真卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013.

[3]IEEE Std 1394a-2000，IEEE Standard for a High Performance Serial Bus— Amendment 1[S].2000.

[4]IEEE Std 1394b-2002，IEEE Standard for a High-Performance Serial Bus—Amendment 2[S].2002.

[5]IEEE Std 1394c-2006，IEEE Standard for a High-Performance Serial Bus— Amendment 3[S].2006.

[6]SAE AS5643A，IEEE-1394b Interface Requirements for Military and Aerospace Vehicle Applications[S].2006.