總線技術在民用飛機上的應用研究

房海濤

上海飛機設計研究院，上海 200436

總線技術在民用飛機上的應用研究

房海濤

上海飛機設計研究院，上海 200436

隨著飛行器電子系統(tǒng)綜合程度的不斷提高，系統(tǒng)功能和設備數(shù)量的不斷增強和擴大，各組織先后提出一系列的數(shù)據(jù)總線規(guī)范。總線技術的發(fā)展已經(jīng)成為民用飛機最為關鍵的技術之一。本文首先介紹幾種典型的機載數(shù)據(jù)總線，然后綜述了總線技術在機載設備數(shù)據(jù)通訊和數(shù)采測試系統(tǒng)中的應用，最后展望下一代民機總線技術的發(fā)展趨勢。

.民用飛機；機載總線；數(shù)采系統(tǒng)

0 引言

從波音737到空客380和波音787，民用飛機電子系統(tǒng)的綜合程度已經(jīng)逐步達到一個前所未有的水平。而數(shù)據(jù)總線已成為實現(xiàn)機載電子設備信息綜合、功能綜合的關鍵所在。數(shù)據(jù)總線作為航空電子綜合系統(tǒng)不可分割的組成部分，已滲透溶合于整個系統(tǒng)之中。數(shù)據(jù)總線性能的好壞直接影響到整個綜合程度的高低和系統(tǒng)綜合能力的優(yōu)劣[1]。

民用飛機總線技術的目的是實現(xiàn)各子系統(tǒng)的模塊設備之間的交聯(lián)，使其達到信息和資源的共享，信號和數(shù)據(jù)的交換。其主要特點是：滿足飛機各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通道的高帶寬、高實時性、高可靠性的要求。

1 總線介紹

1.1 CSDB總線

CSDB總線是由羅克韋爾柯林斯制定的航空電子設備間互連的單向廣播式異步串行總線標準，被廣泛應用于客機、運輸機等設備之間的互聯(lián)通信。

CSDB可以構(gòu)成單信源、多接收器的傳輸系統(tǒng)，總線數(shù)據(jù)采用全雙工差分方式傳輸，信號的數(shù)據(jù)格式為異步串行通信格式。CSDB總線傳輸波特率為12.5Kb/s。

1.2 ARINC429總線

ARINC429總線協(xié)議是美國航空電子工程委員會于1977年7月提出的。協(xié)議標準規(guī)定了航空電子設備及有關系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸要求。ARINC429廣泛應用在先進的民用飛機中，如B-737、B757、B-767。

ARINC429總線結(jié)構(gòu)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特點是：1）單向傳輸，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，信息分發(fā)的任務和風險不再集中；2）驅(qū)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；3）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在1%之內(nèi)。高速率和低速率不能在同一條傳輸總線上傳輸；4）同步方式：傳輸?shù)幕締挝皇亲郑滞绞且詡鬏斖陂g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。

1.3 ARINC629總線

ARINC629總線由波音公司于1977年開始開發(fā)，10年后被確立為航空電子工業(yè)數(shù)字通信標準。由于它具有能靈活配置且靈活發(fā)送和接收的特性，被波音公司應用在B777上。

ARINC629標準定義了一套完整的數(shù)字通信協(xié)議，它有一條線性總線和并行連接在總線上的多個子系統(tǒng)組成。ARINC629總線為線型拓撲結(jié)構(gòu)，其傳輸速率為2MB/S，在總線上連接的每個子系統(tǒng)都是通過其內(nèi)部的一個能夠完成系統(tǒng)連接的終端耦合器耦合到數(shù)據(jù)總線上，子系統(tǒng)間的傳送和接收必須遵循同一個協(xié)議標準。ARINC629總線通訊采用全雙工模式，既允許系統(tǒng)進行廣播式通訊，也允許子系統(tǒng)之間的點對點通訊。

與ARINC429相比，ARINC629最大的優(yōu)點在于它支持多端全雙工通信，且不需要專門的總線控制器來控制傳輸，總線上的每一個終端同時具備發(fā)送和接收功能，對總線的訪問控制是由所有參與傳輸?shù)慕K端完成，通過初始化配置可決定每個終端的傳輸順序。圖1給出這兩種總線的結(jié)構(gòu)體系。

圖1 總線結(jié)構(gòu)體系

2 總線應用

2.1 機載設備互聯(lián)

綜合化航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點是，系統(tǒng)共享綜合處理器，并通過高速數(shù)據(jù)傳輸總線將航空電子系統(tǒng)，包括航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、發(fā)動機控制、起落架系統(tǒng)、中央維護管理、顯示監(jiān)控管理等互聯(lián)成一個綜合的網(wǎng)絡。

由于民機的復雜性，各個系統(tǒng)之間必然會有交聯(lián)。總線技術就可應用于機載設備之間的互聯(lián)，通過統(tǒng)一的總線接口傳輸數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)容錯、重構(gòu)和信息共享。并且，數(shù)字總線傳輸具有較高的帶寬，較小的重量和體積，更好的電隔離性，大大的提高了抗電磁干擾能力，同時也加強了數(shù)據(jù)傳遞的保密性。所以，通過航空數(shù)字總線完成機載設備間的信息傳輸及信息共享是目前應用最為普及的技術。

隨著光電技術和電子技術的進一步發(fā)展，新的總線標準也相應制定，以適應民用飛機的發(fā)展需要。例如B787采用了體積更小，以及更實時、高效、安全和可靠的通信網(wǎng)絡-航空以太網(wǎng)，全機的機載設備通過虛擬網(wǎng)絡的互相聯(lián)接，可不受物理位置的限制，達到更高層次的全機資源共享[2]。

2.2 數(shù)采測試系統(tǒng)

為了使民機機載系統(tǒng)的維護和檢修更具便捷性和通用性，能與機載總線接口設備通訊的民機數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)得到了廣泛應用，它可以綜合當前民機上主要采用的CSDB、ARINC429和629等數(shù)字式航空數(shù)據(jù)總線規(guī)范的接口，靈活方便地應用于機載設備檢測、裝機交聯(lián)試驗當中。

3 結(jié)論

本文介紹的3種典型總線，目前得到了國際民航領域的廣泛認可，并成功的應用于國外大型民用飛機。但隨著航空電子系統(tǒng)的日趨復雜和綜合，大數(shù)據(jù)量的傳輸，多設備分布式處理能力等更深層次的需求。因此，對總線技術的帶寬、實時性和傳輸機制等方面提出了更高的要求。

機載總線技術將會從傳統(tǒng)低速總線逐漸向?qū)拵ЬW(wǎng)絡發(fā)展。例如光纖通道、可變規(guī)模互連接口、全雙工交換式以太網(wǎng)等高速綜合化網(wǎng)絡[3]已在某些新機型中應用。我們將拭目以待，這些先進的總線互聯(lián)技術能更加開放、并大范圍推廣，從而帶動整個民用飛機總線技術的革命性轉(zhuǎn)變。

[1]袁梅，曲方偉.民用機載航空總線發(fā)展概述[C].中國航空學會學術年會論文集，2007.

[2]MCHALE,.AFDX.technology.to.improve.communications.on.Boeing787[J]，2008.

[3]周強，熊華鋼.新一代民機航空電子互連技術發(fā)展[J].航空學報，2009，16(4).

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