機(jī)載數(shù)據(jù)總線簡(jiǎn)介

航空總線(zǒnɡxiàn)技術(shù)精品資料1.3機(jī)載數(shù)據(jù)總線簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)主要介紹目前(mùqián)已投入使用及研究中的機(jī)載數(shù)據(jù)總線。 ARINC-429和629、CSDB、MIL-STD-1553B和1773、STAN-AG-3838/3910、HSDB、LTPB、FDDI、SCI、FC、AFDX。精品資料1.3.1ARINC-429數(shù)據(jù)總線ARINC429總線協(xié)議是美國(guó)航空電子工程委員會(huì)(AirlinesEngineeringCommittee)于1977年7月提出的，并于同年同月發(fā)表并獲得批準(zhǔn)使用。它的全稱(chēng)是數(shù)字式信息(xìnxī)傳輸系統(tǒng)DITS。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航空電子設(shè)備及有關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)字信息(xìnxī)傳輸要求。ARINC429廣泛應(yīng)用在先進(jìn)的民航客機(jī)中，如B-737、B757、B-767，俄制軍用飛機(jī)也選用了類(lèi)似的技術(shù)。我們與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是HB6096-SZ-01精品資料ARINC429總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定(wěndìng)，抗干擾性強(qiáng)。最大的優(yōu)勢(shì)在于可靠性高，這是由于非集中控制、傳輸可靠、錯(cuò)誤隔離性好。ARINC429特點(diǎn)如下： 1、傳輸方式 2、驅(qū)動(dòng)能力 3、調(diào)制方式 4、傳輸速率 5、同步方式

精品資料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。但信息決不能倒流至已規(guī)定(guīdìng)為發(fā)送信息的接口中。在兩個(gè)通信設(shè)備間需要雙向傳輸時(shí)，則每個(gè)方向上各用一個(gè)獨(dú)立的傳輸總線。由于沒(méi)有1553B總線的BC，信息分發(fā)的任務(wù)和風(fēng)險(xiǎn)不再集中。2、驅(qū)動(dòng)能力每條總線上可以連接不超過(guò)20個(gè)的接收器。由于設(shè)備較少，信息傳遞有充裕的時(shí)間保證。精品資料3、調(diào)制方式采用雙極型歸零的三態(tài)碼方式。4、傳輸速率分高低兩檔，高速工作狀態(tài)的位速率為100Kb/s。系統(tǒng)低速工作狀態(tài)的位速率應(yīng)用在12Kb/s~14.5Kb/s范圍內(nèi)。選定內(nèi)容后的位速率其誤差范圍應(yīng)在1%之內(nèi)。高速率和低速率不能在同一條傳輸總線(zǒnɡxiàn)上傳輸。5、同步方式傳輸?shù)幕締挝皇亲郑總€(gè)字由32位組成。位同步信息是在雙極歸零碼信號(hào)波形中攜帶著，字同步是以傳輸同期間至少4位的零電平時(shí)間間隔為基準(zhǔn)，緊跟該字間隔后要發(fā)送的第一位的起點(diǎn)即為新字的起點(diǎn)精品資料1.3.2商業(yè)(shāngyè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線（CSDB）商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字總線CSDB提供了面向字節(jié)的廣播通信能力，支持低速12.5Kb/s和高速50Kb/s兩種總線速率，目前廣泛應(yīng)用在民航客機(jī)、民用(mínyòng)和軍用運(yùn)輸機(jī)上。CSDB總線標(biāo)準(zhǔn)與ISO/OSI相對(duì)應(yīng)，CSDB總線體系結(jié)構(gòu)包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層：物理層規(guī)定了總線的機(jī)械特性和電氣特性，數(shù)據(jù)鏈路層給出了數(shù)據(jù)幀的定義以及數(shù)據(jù)幀之間的定時(shí)要求，并對(duì)總線連接的各種航空設(shè)備的參數(shù)做出了詳細(xì)的規(guī)定。精品資料CSDB物理層是單向廣播式異步串行總線標(biāo)準(zhǔn)，它可以構(gòu)成單一信源、多接收器的傳輸系統(tǒng)?？偩€數(shù)據(jù)采用NRZ編碼、差分方式傳輸。邏輯“1”規(guī)定數(shù)據(jù)線A相對(duì)于數(shù)據(jù)線B為“高電平”，邏輯“0”規(guī)定數(shù)據(jù)線B相對(duì)于數(shù)據(jù)線A為“高電平”?？偩€信號(hào)(xìnhào)的開(kāi)始位為邏輯“0”，停止位為邏輯“1”。占8位長(zhǎng)的字節(jié)被編碼成11位的NRZ碼傳輸：起始位，數(shù)據(jù)字節(jié)，奇校驗(yàn)位和停止位。CSDB總線驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣標(biāo)準(zhǔn)與RS422A電氣標(biāo)準(zhǔn)兼容，總線上升時(shí)間和下降時(shí)間為：對(duì)于高速總線，大于0.8ms并且小于1.0ms；對(duì)于低速總線，應(yīng)小于8.0ms。CSDB要求每個(gè)總線接收器增加的總線容性負(fù)載不能超過(guò)600pF，總線驅(qū)動(dòng)器應(yīng)能夠在容性負(fù)載為0~12000pF之間的條件下正常工作。所有的驅(qū)動(dòng)器和接收器都必須能夠抵抗直流28V和交流115V的瞬間短路。精品資料CSDB邏輯鏈路層是面向字節(jié)的傳輸協(xié)議(xiéyì)，固定長(zhǎng)度的字節(jié)組成消息塊，再由一定長(zhǎng)度的消息塊組合成幀，封裝在數(shù)據(jù)幀中的不同數(shù)據(jù)通過(guò)各自的地址字節(jié)加以區(qū)別，不同的數(shù)據(jù)幀之間通過(guò)同步消息塊分割，總線信息結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。精品資料精品資料CSDB總線的基本傳輸單位有：①字節(jié)(B)：每個(gè)字節(jié)占8位，采用異步方式傳輸，字節(jié)在總線上編碼成11位長(zhǎng)的NRZ碼，包括1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇校驗(yàn)位和1個(gè)停止位。②消息塊(MessageBlock)：消息塊是一組固定長(zhǎng)度(chángdù)的有序字節(jié)。每個(gè)消息塊的第一個(gè)字節(jié)Byte[0]稱(chēng)為標(biāo)識(shí)(或地址)，消息塊通過(guò)標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分，而不是通過(guò)接收消息塊的順序來(lái)識(shí)別。消息塊的長(zhǎng)度(chángdù)是6B，在某條固定的CSDB總線上，所有的消息塊的長(zhǎng)度(chángdù)必須固定不變。③幀(frame)：幀定義為兩個(gè)同步消息塊之間的部分，在某一條確定的CSDB總線上，幀的定時(shí)長(zhǎng)度(chángdù)是固定的，并且由互連的航空電子設(shè)備所要求的最大數(shù)據(jù)更新率決定。CSDB采用的是異步串行傳輸方式，通過(guò)起始位和停止位完成字節(jié)的位同步，因此在編碼中不必帶有時(shí)鐘信息。幀同步通過(guò)識(shí)別同步消息塊：6B的“A5”來(lái)實(shí)現(xiàn)，同步消息塊標(biāo)識(shí)了每個(gè)數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始位置。在CSDB數(shù)據(jù)幀中，數(shù)據(jù)可以采用BCD或BNR方式編碼，每種數(shù)據(jù)幀按照地址塊，狀態(tài)塊，1個(gè)~2個(gè)數(shù)據(jù)塊排列，空閑的數(shù)據(jù)位可以攜帶離散量和校驗(yàn)和。精品資料1.3.3MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線應(yīng)用領(lǐng)域主要特征數(shù)據(jù)總線典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線控制(kòngzhì)方式總線上的信息流精品資料應(yīng)用領(lǐng)域1553B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，加之技術(shù)比較成熟(chéngshú)，所以應(yīng)用比較廣泛。目前，已廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)和科技領(lǐng)域，從大型運(yùn)輸艦、空間補(bǔ)給站、轟炸機(jī)到各種戰(zhàn)斗機(jī)，以及直升機(jī)，都有其應(yīng)用，它甚至用于導(dǎo)彈系統(tǒng)，以及用作飛機(jī)器和導(dǎo)彈之間的基本通信協(xié)議。精品資料MIL-STD-1553B總線的主要(zhǔyào)特征：傳輸速度為1Mbit/s,字的長(zhǎng)度為20bit，數(shù)據(jù)有效長(zhǎng)度為16bit，信息量最大長(zhǎng)度為32個(gè)字，傳輸方式為半雙工方式，傳輸協(xié)議為命令/響應(yīng)方式，故障容錯(cuò)是典型的雙冗余方式，第二條總線處于熱備份狀態(tài)，傳輸媒介為屏蔽雙絞線，總線耦合方式為直接耦合和變壓器耦合。精品資料MIL-STD-1553B總線的主要構(gòu)成有:1553B總線接口模塊，1553B總線耦合器，1553B電纜，電纜連接器，終端匹配等，它們由兩根冗余總線連接?？蓲旖拥?2個(gè)終端按其作用分為：總線控制器(BC)、總線監(jiān)控器(BM)、遠(yuǎn)程終端(RT)。每個(gè)終端被分配了唯一的總線形式，是調(diào)制(tiáozhì)成曼徹斯特碼進(jìn)行傳送的。精品資料1553B總線控制方式有集中模式的靜態(tài)(jìngtài)總線控制方式和分布模式的動(dòng)態(tài)總線控制方式。靜態(tài)(jìngtài)總線控制方式是由一個(gè)固定的總線控制器幫助1553B總線上所有子系統(tǒng)間的消息通信，該方式具有通信控制簡(jiǎn)單、故障易檢測(cè)、軟硬件易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但存在集中控制網(wǎng)絡(luò)固有的單點(diǎn)故障造成通信癱瘓的致命缺點(diǎn).精品資料動(dòng)態(tài)總線控制方式指1553B總線上有若十個(gè)具備作為總線控制器的子系統(tǒng)，在一個(gè)時(shí)間段僅允許其中一個(gè)作為總線控制器，可由時(shí)分制方式或循環(huán)方式交接總線控制權(quán)，該方式具有分布控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。另外，為滿足航電總體指標(biāo)的要求，可采用通信控制簡(jiǎn)單(jiǎndān)又能避免單點(diǎn)故障造成通信癱瘓的雙余度靜態(tài)總線控制器方式。精品資料1553B總線拓?fù)?tuòpū)結(jié)構(gòu)精品資料1553B消息(xiāoxi)字格式精品資料1.3.4線性令牌(lìnɡpái)傳遞數(shù)據(jù)總線LTPB）LTPB光纖網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(jiédiǎn)通過(guò)星型耦合器連接起來(lái)。精品資料LTPB容錯(cuò)能力可通過(guò)簡(jiǎn)單的介質(zhì)冗余獲得，從圖1-8可以看到，星型冗余的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，任意節(jié)點(diǎn)的故障或關(guān)閉不會(huì)對(duì)系統(tǒng)中某他不相關(guān)的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。冗余方式(fāngshì)可以有同步和異步之分.精品資料LTPB采用一個(gè)限時(shí)令牌多優(yōu)先級(jí)傳輸協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)共享一條廣播式傳輸介質(zhì)，當(dāng)LTPB工作時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)根據(jù)它們的物理地址、編碼的大小(dàxiǎo)組成邏輯環(huán)路，令牌沿邏輯環(huán)路逐節(jié)點(diǎn)傳輸。精品資料1.3.5光纖分布式數(shù)據(jù)(shùjù)接口FFDIFFDI為環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(jiégòu)，嚴(yán)格地說(shuō)是反向旋轉(zhuǎn)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)(jiégòu)。如圖所示，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)串接成一個(gè)環(huán)路。精品資料為了保證系統(tǒng)具有單點(diǎn)容錯(cuò)能力，環(huán)型網(wǎng)絡(luò)引入了兩個(gè)技術(shù)：節(jié)點(diǎn)旁路技術(shù)反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)精品資料節(jié)點(diǎn)旁路是指通過(guò)光開(kāi)關(guān)將某些節(jié)點(diǎn)隔離在環(huán)路之外。在機(jī)械環(huán)境中功耗和可靠性都是非常關(guān)鍵的因素，關(guān)閉暫時(shí)不用的節(jié)點(diǎn)有利于降低功耗和提高系統(tǒng)可靠性。節(jié)點(diǎn)旁路是分布控制的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地檢測(cè)故障并進(jìn)行旁路，既可旁路故障的節(jié)點(diǎn)，又可旁路關(guān)閉的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的旁路帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：一是旁路開(kāi)關(guān)引入了插入衰減，考慮到接收器的靈敏度，一般只能連續(xù)旁路幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，這相對(duì)于環(huán)型結(jié)構(gòu)可支持的網(wǎng)絡(luò)(wǎngluò)規(guī)模是很小的，限制了可關(guān)閉的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。二是旁路開(kāi)關(guān)引入了高達(dá)25ms的切換延時(shí)，很容易造成消息傳輸?shù)某瑫r(shí)。精品資料反向旋轉(zhuǎn)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)是指同一組節(jié)點(diǎn)由兩個(gè)環(huán)連接，兩個(gè)環(huán)按相反的方向傳輸數(shù)據(jù)，主環(huán)使用順時(shí)針，令牌次環(huán)使用逆時(shí)針令牌。正常情況下，次環(huán)是空閑的，當(dāng)出現(xiàn)鏈路斷開(kāi)時(shí)，就進(jìn)行環(huán)路重構(gòu)，隔離鏈路故障，形成一個(gè)可工作的新環(huán)。環(huán)路重構(gòu)之后新的環(huán)路的長(zhǎng)度將要(jiāngyào)增加，對(duì)于機(jī)載環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度不大，環(huán)路長(zhǎng)度增加的影響也不大。但是緊鄰鏈路故障的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部要進(jìn)行光路切換，如旁路一樣要引入切換延時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有一定的影響。精品資料1.3.6可變規(guī)模(guīmó)互連接口(SCI)SCI(scalableCoherentInterface)可變規(guī)模互連接口，是一種可以提供千兆位互連帶寬和微秒級(jí)傳輸延遲的高性能系統(tǒng)互連技術(shù)。SCI基本協(xié)議包括(bāokuò)3個(gè)層次：物理層、邏輯層和緩存一致層(可選)。精品資料精品資料SCI主要規(guī)定了兩種互連鏈路標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)：18-DE-500并行鏈路1-FO-1250串行鏈路精品資料1.3.7全雙工交換式以太網(wǎng)AFDX系統(tǒng)由航空電子系統(tǒng)、AFDX終端節(jié)點(diǎn)和AFDX互連器等幾部分(bùfen)組成。

精品資料航空電子系統(tǒng)：它是飛機(jī)上傳統(tǒng)的航空電子系統(tǒng)，像飛行控制計(jì)算機(jī)、全球定位系統(tǒng)、疲勞(píláo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。航空電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為航空電子系統(tǒng)提供了計(jì)算環(huán)境，由終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)航空電子系統(tǒng)與AFDX的連接。精品資料AFDX終端節(jié)點(diǎn)：為航空電子系統(tǒng)與AFDX的連接(liánjiē)提供了“接口”，每一航空電子系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)接口保證了與其他航空電子系統(tǒng)的安全、可靠的數(shù)據(jù)交換，該接口向各種航空電子系統(tǒng)提供了應(yīng)用程序接口(API)，保證了各設(shè)備之間通過(guò)簡(jiǎn)單的消息接口實(shí)現(xiàn)通信。精品資料AFDX互連器：它是一個(gè)全雙工交換式以太網(wǎng)互連裝置，它包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)消息幀到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的傳輸(chuánshū)切換，該網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù)基于傳統(tǒng)的ARINC-429單向消息傳輸(chuánshū)、點(diǎn)到點(diǎn)和MIL-STD-1553B總線技術(shù)。精品資料由于目前廣泛使用的以太網(wǎng)為半雙工方式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有中央控制計(jì)算機(jī)，從理論上講，信息包的重復(fù)傳輸中的碰撞是不可避免的，而碰撞導(dǎo)致(dǎozhì)延遲，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致(dǎozhì)信息包無(wú)法傳輸出去。這種情況在航空電子數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中是不可接受的，這就要求在AFDX的實(shí)現(xiàn)中，擺脫系統(tǒng)碰撞的限制，每個(gè)信息包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最大時(shí)間是已知的。精品資料全雙工交換式以太網(wǎng)的目標(biāo)就是要消除碰撞，以及消除信息包從發(fā)送者到接收者的不確定時(shí)間。其實(shí)現(xiàn)方法是在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中設(shè)置全雙工交換機(jī)，作為數(shù)據(jù)信息交換中心樞紐，每個(gè)航空電子系統(tǒng)、自動(dòng)(zìdòng)駕駛儀、平顯等直接連接到全雙工的交換機(jī)，該交換機(jī)包括兩個(gè)線對(duì)，一對(duì)用于發(fā)送(Tx)，一對(duì)用于接收(Rx)，交換機(jī)具有用于發(fā)送和接收的信息包的緩沖區(qū)，如圖所示。

精品資料精品資料全雙工交換結(jié)構(gòu)消除了在半雙工以太網(wǎng)中可能遇到的碰撞。但是，Rx和Tx緩沖區(qū)