機載數據總線簡介演示文稿當前第1頁\共有40頁\編于星期五\2點（優(yōu)選）機載數據總線簡介當前第2頁\共有40頁\編于星期五\2點1.3機載數據總線簡介主要介紹目前已投入使用及研究中的機載數據總線。

ARINC-429和629、CSDB、MIL-STD-1553B和1773、STAN-AG-3838/3910、HSDB、LTPB、FDDI、SCI、FC、AFDX。當前第3頁\共有40頁\編于星期五\2點1.3.1ARINC-429數據總線ARINC429總線協議是美國航空電子工程委員會(AirlinesEngineeringCommittee)于1977年7月提出的，并于同年同月發(fā)表并獲得批準使用。它的全稱是數字式信息傳輸系統DITS。協議標準規(guī)定了航空電子設備及有關系統間的數字信息傳輸要求。ARINC429廣泛應用在先進的民航客機中，如B-737、B757、B-767，俄制軍用飛機也選用了類似的技術。我們與之對應的標準是HB6096-SZ-01當前第4頁\共有40頁\編于星期五\2點ARINC429總線結構簡單、性能穩(wěn)定，抗干擾性強。最大的優(yōu)勢在于可靠性高，這是由于非集中控制、傳輸可靠、錯誤隔離性好。ARINC429特點如下：

1、傳輸方式

2、驅動能力

3、調制方式

4、傳輸速率

5、同步方式

當前第5頁\共有40頁\編于星期五\2點1、傳輸方式單向方式。信息只能從通信設備的發(fā)送口輸出，經傳輸總線傳至與它相連的需要該信息的其他設備的接口。但信息決不能倒流至已規(guī)定為發(fā)送信息的接口中。在兩個通信設備間需要雙向傳輸時，則每個方向上各用一個獨立的傳輸總線。由于沒有1553B總線的BC，信息分發(fā)的任務和風險不再集中。2、驅動能力每條總線上可以連接不超過20個的接收器。由于設備較少，信息傳遞有充裕的時間保證。當前第6頁\共有40頁\編于星期五\2點3、調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。系統低速工作狀態(tài)的位速率應用在12Kb/s~14.5Kb/s范圍內。選定內容后的位速率其誤差范圍應在1%之內。高速率和低速率不能在同一條傳輸總線上傳輸。5、同步方式傳輸的基本單位是字，每個字由32位組成。位同步信息是在雙極歸零碼信號波形中攜帶著，字同步是以傳輸同期間至少4位的零電平時間間隔為基準，緊跟該字間隔后要發(fā)送的第一位的起點即為新字的起點當前第7頁\共有40頁\編于星期五\2點1.3.2商業(yè)標準數據總線（CSDB）商業(yè)標準數字總線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，目前廣泛應用在民航客機、民用和軍用運輸機上。CSDB總線標準與ISO/OSI相對應，CSDB總線體系結構包括物理層和數據鏈路層：物理層規(guī)定了總線的機械特性和電氣特性，數據鏈路層給出了數據幀的定義以及數據幀之間的定時要求，并對總線連接的各種航空設備的參數做出了詳細的規(guī)定。當前第8頁\共有40頁\編于星期五\2點CSDB物理層是單向廣播式異步串行總線標準，它可以構成單一信源、多接收器的傳輸系統。總線數據采用NRZ編碼、差分方式傳輸。邏輯“1”

規(guī)定數據線A相對于數據線B為“高電平”，邏輯“0”

規(guī)定數據線B相對于數據線A為“高電平”。總線信號的開始位為邏輯“0”，停止位為邏輯“1”。占8位長的字節(jié)被編碼成11位的NRZ碼傳輸：起始位，數據字節(jié)，奇校驗位和停止位。CSDB總線驅動器和接收器的電氣標準與RS422A電氣標準兼容，總線上升時間和下降時間為：對于高速總線，大于0.8ms并且小于1.0ms；對于低速總線，應小于8.0ms。CSDB要求每個總線接收器增加的總線容性負載不能超過600pF，總線驅動器應能夠在容性負載為0~12000pF之間的條件下正常工作。所有的驅動器和接收器都必須能夠抵抗直流28V和交流115V的瞬間短路。當前第9頁\共有40頁\編于星期五\2點CSDB邏輯鏈路層是面向字節(jié)的傳輸協議，固定長度的字節(jié)組成消息塊，再由一定長度的消息塊組合成幀，封裝在數據幀中的不同數據通過各自的地址字節(jié)加以區(qū)別，不同的數據幀之間通過同步消息塊分割，總線信息結構如圖1-5所示。當前第10頁\共有40頁\編于星期五\2點當前第11頁\共有40頁\編于星期五\2點CSDB總線的基本傳輸單位有：①字節(jié)(B)：每個字節(jié)占8位，采用異步方式傳輸，字節(jié)在總線上編碼成11位長的NRZ碼，包括1個起始位，8個數據位，1個奇校驗位和1個停止位。②消息塊(MessageBlock)：消息塊是一組固定長度的有序字節(jié)。每個消息塊的第一個字節(jié)Byte[0]稱為標識(或地址)，消息塊通過標識來區(qū)分，而不是通過接收消息塊的順序來識別。消息塊的長度是6B，在某條固定的CSDB總線上，所有的消息塊的長度必須固定不變。③幀(frame)：幀定義為兩個同步消息塊之間的部分，在某一條確定的CSDB總線上，幀的定時長度是固定的，并且由互連的航空電子設備所要求的最大數據更新率決定。CSDB采用的是異步串行傳輸方式，通過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鐘信息。幀同步通過識別同步消息塊：6B的“A5”

來實現，同步消息塊標識了每個數據幀的開始位置。在CSDB數據幀中，數據可以采用BCD或BNR方式編碼，每種數據幀按照地址塊，狀態(tài)塊，1個~2個數據塊排列，空閑的數據位可以攜帶離散量和校驗和。當前第12頁\共有40頁\編于星期五\2點1.3.3MIL-STD-1553B數據總線應用領域主要特征數據總線典型拓撲結構總線控制方式總線上的信息流當前第13頁\共有40頁\編于星期五\2點應用領域1553B是為適應工業(yè)和軍事的需要而提出，具有很高的可靠性和靈活性，加之技術比較成熟，所以應用比較廣泛。目前，已廣泛地應用于軍事、工業(yè)和科技領域，從大型運輸艦、空間補給站、轟炸機到各種戰(zhàn)斗機，以及直升機，都有其應用，它甚至用于導彈系統，以及用作飛機器和導彈之間的基本通信協議。當前第14頁\共有40頁\編于星期五\2點MIL-STD-1553B總線的主要特征：傳輸速度為1Mbit/s,字的長度為20bit，數據有效長度為16bit，信息量最大長度為32個字，傳輸方式為半雙工方式，傳輸協議為命令/響應方式，故障容錯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。當前第15頁\共有40頁\編于星期五\2點MIL-STD-1553B總線的主要構成有: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。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)。每個終端被分配了唯一的總線形式，是調制成曼徹斯特碼進行傳送的。當前第16頁\共有40頁\編于星期五\2點

1553B總線控制方式有集中模式的靜態(tài)總線控制方式和分布模式的動態(tài)總線控制方式。靜態(tài)總線控制方式是由一個固定的總線控制器幫助1553B總線上所有子系統間的消息通信，該方式具有通信控制簡單、故障易檢測、軟硬件易實現等優(yōu)點，但存在集中控制網絡固有的單點故障造成通信癱瘓的致命缺點.當前第17頁\共有40頁\編于星期五\2點動態(tài)總線控制方式指1553B總線上有若十個具備作為總線控制器的子系統，在一個時間段僅允許其中一個作為總線控制器，可由時分制方式或循環(huán)方式交接總線控制權，該方式具有分布控制網絡的優(yōu)勢。另外，為滿足航電總體指標的要求，可采用通信控制簡單又能避免單點故障造成通信癱瘓的雙余度靜態(tài)總線控制器方式。當前第18頁\共有40頁\編于星期五\2點1553B總線拓撲結構當前第19頁\共有40頁\編于星期五\2點1553B消息字格式當前第20頁\共有40頁\編于星期五\2點1.3.4線性令牌傳遞數據總線LTPB）LTPB光纖網絡的拓撲結構為星型結構，網絡節(jié)點通過星型耦合器連接起來。當前第21頁\共有40頁\編于星期五\2點LTPB容錯能力可通過簡單的介質冗余獲得，從圖1-8可以看到，星型冗余的結構簡單，任意節(jié)點的故障或關閉不會對系統中某他不相關的節(jié)點產生影響。冗余方式可以有同步和異步之分.

當前第22頁\共有40頁\編于星期五\2點LTPB采用一個限時令牌多優(yōu)先級傳輸協議，網絡上的節(jié)點共享一條廣播式傳輸介質，當LTPB工作時，網絡上的節(jié)點根據它們的物理地址、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。當前第23頁\共有40頁\編于星期五\2點光纖分布式數據接口FFDIFFDI為環(huán)型拓撲結構，嚴格地說是反向旋轉的雙環(huán)結構。如圖所示，網絡中所有節(jié)點串接成一個環(huán)路。當前第24頁\共有40頁\編于星期五\2點為了保證系統具有單點容錯能力，環(huán)型網絡引入了兩個技術：節(jié)點旁路技術反轉旋轉的雙環(huán)結構當前第25頁\共有40頁\編于星期五\2點節(jié)點旁路是指通過光開關將某些節(jié)點隔離在環(huán)路之外。在機械環(huán)境中功耗和可靠性都是非常關鍵的因素，關閉暫時不用的節(jié)點有利于降低功耗和提高系統可靠性。節(jié)點旁路是分布控制的，每個節(jié)點獨立地檢測故障并進行旁路，既可旁路故障的節(jié)點，又可旁路關閉的節(jié)點。節(jié)點的旁路帶來兩個問題：一是旁路開關引入了插入衰減，考慮到接收器的靈敏度，一般只能連續(xù)旁路幾個節(jié)點，這相對于環(huán)型結構可支持的網絡規(guī)模是很小的，限制了可關閉的節(jié)點數目。二是旁路開關引入了高達25ms的切換延時，很容易造成消息傳輸的超時。當前第26頁\共有40頁\編于星期五\2點反向旋轉的雙環(huán)結構是指同一組節(jié)點由兩個環(huán)連接，兩個環(huán)按相反的方向傳輸數據，主環(huán)使用順時針，令牌次環(huán)使用逆時針令牌。正常情況下，次環(huán)是空閑的，當出現鏈路斷開時，就進行環(huán)路重構，隔離鏈路故障，形成一個可工作的新環(huán)。環(huán)路重構之后新的環(huán)路的長度將要增加，對于機載環(huán)境，網絡長度不大，環(huán)路長度增加的影響也不大。但是緊鄰鏈路故障的節(jié)點內部要進行光路切換，如旁路一樣要引入切換延時，對系統的實時性有一定的影響。當前第27頁\共有40頁\編于星期五\2點1.3.6可變規(guī)模互連接口(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傳輸延遲的高性能系統互連技術。SCI基本協議包括3個層次：物理層、邏輯層和緩存一致層(可選)。當前第28頁\共有40頁\編于星期五\2點當前第29頁\共有40頁\編于星期五\2點SCI主要規(guī)定了兩種互連鏈路標準：18-DE-500并行鏈路1-FO-1250串行鏈路當前第30頁\共有40頁\編于星期五\2點全雙工交換式以太網AFDX系統由航空電子系統、AFDX終端節(jié)點和AFDX互連器等幾部分組成。

當前第31頁\共有40頁\編于星期五\2點航空電子系統：它是飛機上傳統的航空電子系統，像飛行控制計算機、全球定位系統、疲勞監(jiān)測系統等。航空電子計算機系統為航空電子系統提供了計算環(huán)境，由終端節(jié)點實現航空電子系統與AFDX的連接。當前第32頁\共有40頁\編于星期五\2點AFDX終端節(jié)點：為航空電子系統與AFDX的連接提供了“接口”，每一航空電子系統的終端節(jié)點接口保證了與其他航空電子系統的安全、可靠的數據交換，該接口向各種航空電子系統提供了應用程序接口(API)，保證了各設備之間通過簡單的消息接口實現通信。當前第33頁\共有40頁\編于星期五\2點AFDX互連器：它是一個全雙工交換式以太網互連裝置，它包含一個網絡切換開關，實現以太網消息幀到達目的節(jié)點的傳輸切換，該網絡切換技術基于傳統的ARINC-429單向消息傳輸、點到點和MIL-STD-1553B總線技術。當前第34頁\共有40頁\編于星期五\2點由于目前廣泛使用的以太網為半雙工方式結構，沒有中央控制計算機，從理論上講，信息包的重復傳輸中的碰撞是不可避免的，而碰撞導致延遲，嚴重時導致信息包無法傳輸出去。這種情況在航空電子數據網絡系統中是不可接受的，這就要