机载数据总线简介

1、航空总线技术，1.3航空数据总线简介，介绍当前使用和研究的航空数据总线。ARINC-429和629、CSDB、MIL-STD-1553B和1773、STAN-AG-3838/3910、HSDB、LTPB、FDDI、SCI，1.3.1 ARINC-429数据总线，ARINC429总线协议由美国航空电子工程委员会(Committee)于1977年7月提出，并在同一个月宣布并批准了使用。全名为数字信息传输系统DITS。协议标准规定了航空电子设备和相关系统之间的数字信息传输要求。ari NC 429广泛用于B-737、B757和B-767等先进民航客机，俄罗斯军用飞机也采用类似的技术。HB6096-S

2、Z-01、ARINC429总线结构简单、性能稳定，具有良好的抗干扰能力。最大的优点是可靠性高，因为它具有非集中控制、可靠传输、故障隔离等优点。ARINC429的特点包括1、传输模式2、驱动器容量3、调制方式4、波特率5、同步、1和传输方式单向。信息可以通过传输总线传递到需要该信息的其他设备的接口，仅用于通信设备的发送输出。但是，规定发送信息的界面绝对不能向后流动。如果两个通信设备之间需要双向传输，则每个方向都使用单独的传输总线。没有1553B总线的BC不再集中信息分发操作和风险。2、驱动器容量每个总线可以连接20个或更少的接收器。因为设备少，所以信息传递有充分的时间保证。3，调制方法采用双极零

3、三态码法。4、传输速率子2文件，高速操作状态的比特率为100 kb/秒。系统低速操作状态的位速率适用于12Kb/s14.5Kb/s范围。选择后，比特率必须在错误范围1%以内。高速和低速传输不能在同一传输总线上传输。5、以同步方式发送的基本单位是单词，每个单词由32个字符组成。位同步信息从双极零码信号波形中传输，字符同步基于相同时间段内最小4位的零级时间间隔，紧接在该间隔之后发送的第一个位的起点为新单词的起点1.3.2业务标准数据总线(CSDB)，商用标准数字总线CSDB为低速12.5Kb/s和高速50Kb/CSDB总线标准对应于由物理层和数据链路层组成的ISO/OSI。物理层规定了总线的机械和

4、电气特性，数据链路层给出了数据帧的定义和数据帧之间的时序要求，并对总线所连接的各种航空设备的参数提供了详细规定。CSDB物理层是单向广播异步串行总线标准，允许配置单个源、多个接收器的传输系统。总线数据以NRZ编码、差分格式传输。逻辑“1”指定数据线a相对于数据线b为“高级”，逻辑“0”指定数据线b相对于数据线a为“高级”。总线信号的开始位是逻辑“0”，停止位是逻辑“1”。以11位元编码的8位元组长度NRZ程式码传输：开始位元、资料位元组、奇数同位位元和停止位元。CSDB总线驱动器和接收器的电气标准与RS422A电气标准兼容，总线上升时间和下降时间对于高速总线大于0.8毫秒，1.0毫秒；小于。对

5、于低速总线，必须小于8.0毫秒。CSDB要求每个总线接收器的增加总线容量负载不能超过600pF，并且总线驱动器必须能够在容量负载介于012000pF之间的情况下运行。所有驱动器和接收器都必须能够承受直流28V和交流115V的瞬时短路。CSDB逻辑链路层是由固定长度字节组成的面向字节的传输协议，如图1-5所示，由特定长度的消息块组成的帧，封装在数据帧中的徐璐其他数据通过各自的地址字节区分，徐璐其他数据帧通过同步消息块分割，总线信息结构如图1-5所示。，CSDB总线的默认传输单位是字节(b):每个字节表示8位，以异步方式发送。字节编码为11位长NRZ代码，包括总线上的1个开始位、8个数据位、1个奇

6、数奇偶位和1个停止位。消息块：消息块是一组固定长度的有序字节。每个消息块的第一个字节Byte0称为标识(或地址)，消息块是通过标识而不是接收消息块的顺序来标识的。消息块的长度为6B，所有消息块的长度必须在固定的CSDB总线上。帧(frame):帧定义为两个同步消息块之间的部分，其中一个指定CSDB总线上帧的计时长度是固定的，由互连航空电子设备所需的最大数据刷新率确定。CSDB采用异步串行传输方法，通过启动和停止位完成字节的位同步，因此编码不需要时钟信息。帧同步通过标识每个数据帧的起始位置的同步消息块：6B中的“A5”来完成。在CSDB数据帧中，数据可以编码为BCD或BNR，每个数据帧可以携带地

7、址块、状态块、一个2个数据块、空闲数据位和校验和。1.3.3 MIL-STD-1553B数据总线，应用领域主要特征数据总线典型拓扑结构总线控制方式总线的信息流，应用领域，1553B是为满足工业和军事需要而提出的，具有高可靠性和灵活性，并且由于附加技术更成熟，应用范围更广。目前广泛用于军事、工业、技术领域，从大型运输舰、宇宙补给站、轰炸机到各种战斗机、直升机，还用于导弹系统，并用作飞行机器和导弹之间的基本通信协议。MIL-STD-1553B总线的主要特性：波特率为1m位/秒，单词长度为20位，数据有效长度为16位，信息最大长度为32个字符，传输方法半双工，传输协议命令/响应方式，容错是典型的冗馀

8、方式，第二条总线是热备份状态、MIL-STD-1553B总线的主要配置由两条冗馀总线连接，这些总线包括33601553B总线接口模块、1553B总线耦合器、1553B电缆、电缆连接器和端子匹配。可安装的32个终端根据其作用分为总线控制器(BC)、总线监视器(BM)和远程终端(RT)。每个端子都指定了唯一的总线类型，该总线类型被调制并传输到曼彻斯特代码。1553B总线控制方法有集中式模式的静态总线控制方法和分布式模式的动态总线控制方法。固定总线控制方法是用于在1553B总线的所有子系统之间进行消息通信的固定总线控制器，具有通信控制简单、故障可检测性、硬件和软件可实现性等优点，但其致命缺点是集中控

9、制网络中的唯一单点故障导致通信瘫痪，动态总线控制方法具有将10个子系统之一作为1553B总线的总线控制器进行操作的总线控制网络一次分发的优点。此外，使用单故障点导致通信瘫痪的双额外静态总线控制器方法，可以满足整个航空指标的要求。1553B总线拓扑、1553B消息字格式、1.3.4线性令牌传输数据总线LTPB)、LTPB光纤网络的拓扑是星形结构，网络节点通过星形耦合器连接。LTPB容错可以通过简单的介质冗余获得。如图1-8所示，星型冗余结构很简单，任何节点的故障或关闭都不会影响系统中不相关的节点。冗馀方式为同步和异步。LTPB在网络中的节点共享广播传输介质并且LTPB工作时，网络中的节点根据物理

10、地址、编码大小形成逻辑环路，令牌沿逻辑环路按节点发送。1.3.5光分布式数据接口FFDI，FFDI是环形拓扑，严格地说是反向旋转的双环结构。网络中的所有节点都作为一个环路进行线程处理，如图所示。为了使系统具有单点容错，环路网络引入了两种技术：节点旁路技术相反旋转的双环结构，节点旁路意味着通过光开关将某些节点与环路隔离。在机械环境中，功耗和可靠性是非常重要的因素，关闭闲置节点有助于降低功耗，提高系统稳定性。节点旁路是分布式控制，每个节点都是可以单独检测故障、旁路以故障节点或旁路终止的节点。节点的旁路会导致两个问题。一种是旁路开关引入插入衰减，考虑到接收器的灵敏度，通常只能连续旁路几个节点。这限制

11、了与环形结构可以支持的网络大小相比，可以较小和拖动的节点数。二是旁路交换机引入了高达25毫秒的交换延迟，很容易发生消息传输超时。用于反向旋转的双环结构由一组相同的节点连接成两个环，两个环以相反方向传输数据，第一环使用顺时针方向，令牌第二环使用逆时针方向令牌。通常，辅助环路是空闲的，如果链路断开，则执行环路重建，隔离链路故障以形成新的可操作环路。回路重新配置后，新回路的长度增加，机载环境中的网络长度不大，对回路长度增加的影响也很小。但是，在紧挨着链路故障的节点内部，光路径交换像旁路一样引入了交换延迟，对系统的实时性能有一定的影响。1.3.6可变规模互连接口(sci)可变大小互连接口sci是高性能

12、系统互连技术，提供千兆互连带宽和微秒传输延迟。SCI默认协议包括三层：物理层、逻辑层和可选的缓存一致性层。SCI主要规定了两种互连链路标准：18-DE-500并行链路1-FO-1250串行链路、1.3.7全双工交换机以太网、AFDX系统，例如航空电子系统、AFDX终端节点和AFDX互连器。航空电子系统：飞机上的传统航空电子系统，如飞行控制计算机、全球定位系统、疲劳监控系统等。航空电子计算机系统为航空电子系统提供了计算环境，终端节点可以实现航空电子系统和AFDX之间的连接。AFDX终端节点：每个航空电子系统的终端节点接口为各种航空电子系统提供应用程序接口(API)，以确保与其他航空电子系统进行安

13、全可靠的数据交换，从而确保设备之间通过简单的消息接口进行通信。AFDX interconnect:全双工交换机以太网互连设备，实现基于现有ARINC-429单向消息传输、点到点和MIL-STD-1553B总线技术的以太网消息帧到达目标节点的传输切换。因为当前广泛使用的以太网是半双工结构，没有中央控制计算机，理论上数据包的重复传输中的冲突是不可避免的，冲突导致延迟，严重的情况下将不发送数据包。航空电子数据网络系统中不允许出现这种情况，这要求在AFDX的实现中，每个数据包到达目标节点的最长时间超出已知系统冲突的限制。全双工交换机以太网的目标是消除冲突，消除从发送方到接收方的数据包的不确定时间。设置从网络系统到数据信息交换中心集线器的全双工交换机，以直接连接到具有用于发送(Tx)、接收(Rx)、发送和接收的包缓冲区的全双工交换机，例如每个航空电子系统、自动驾驶仪和立体声。全双工交换结构消除了半双工以太网中可能发生的