未來航空電子高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)的研究

鄭娟

摘 要：高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)是航空電子系統(tǒng)實現(xiàn)綜合化的關(guān)鍵技術(shù)，對航空電子系統(tǒng)的性能有著決定性的影響。本文論述了航空電子數(shù)據(jù)總線的發(fā)展歷程，并基于其現(xiàn)狀和發(fā)展需求，對未來航空電子高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)展開了討論與研究。

關(guān)鍵詞：航空電子；高速數(shù)據(jù)總線

航空電子總線技術(shù)是決定航空電子系統(tǒng)整體性能的核心技術(shù)，也是衡量航空電子系統(tǒng)技術(shù)水平的重要依據(jù)?？v觀航空電子系統(tǒng)綜合技術(shù)的發(fā)展歷程，可以發(fā)現(xiàn)航空電子總線技術(shù)是推動航電系統(tǒng)更新的重要動力?？偩€技術(shù)與結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新為航空電子系統(tǒng)的日益綜合化提供了實施條件和技術(shù)支持。而信息技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，隨之產(chǎn)生的大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)也給未來的航空電子系統(tǒng)帶來了更多的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的航空電子總線技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足對于井噴式增長的各類信息的處理和傳輸要求。1553總線技術(shù)正逐漸被光纖通信（FC）、1394串行總線以及以太網(wǎng)等高速總線技術(shù)取代。研發(fā)新一代高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)是航空電子系統(tǒng)發(fā)展的必然要求，也是研發(fā)新一代民航飛機的必然需要。未來航空電子高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)應(yīng)具備高傳輸速率、良好的環(huán)境適應(yīng)性、良好的兼容性和冗余容錯能力等特征。

1 線性令牌傳輸總線

1988年美國制定了兩個高速數(shù)據(jù)總線標準，即線性令牌傳輸總線（LTPB）和光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）。在經(jīng)過測試和比較后，線性令牌傳輸總線被選定為下一代飛機的高速數(shù)據(jù)總線標準。線性令牌傳輸總線的傳輸速率達到50Mb/s，可傳輸最長為4096個字節(jié)的消息，最多能夠與128個終端相連。LTPB在物理結(jié)構(gòu)上是星型拓撲，可以方便地對網(wǎng)絡(luò)上信息的傳輸情況乃至整個網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進行監(jiān)控。LTPB所采用的通信協(xié)議是限時令牌多優(yōu)先級傳遞協(xié)議。該協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)中傳遞的信息劃分為4個優(yōu)先級，高優(yōu)先級的信息會被優(yōu)先傳輸。LTPB的每個終端都配備有定時器以減少高優(yōu)先級信息傳輸?shù)难舆t，并可有效防止網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點長期占用總線。線性令牌傳輸總線具有較強的容錯能力，并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)。

2 IEEE1394

IEEE1394又被稱為火線，是在上個世紀末誕生的一種高性能串行總線技術(shù)。其目前能達到的最高傳輸速率為800Mb/s，而正在研發(fā)中的1394b技術(shù)支持3.2Gb/s的傳輸速度。高速的數(shù)據(jù)傳輸速率使得IEEE1394在信息通信領(lǐng)域體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。一旦最終實現(xiàn)了3.2Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速度，在航空電子系統(tǒng)中只需一個IEEE1394網(wǎng)絡(luò)，便可實現(xiàn)對所有聲音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)等信息的實時傳遞，極大地提高航空電子系統(tǒng)的性能。近些年IEEE1394技術(shù)的研發(fā)突飛猛進，是未來航空電子高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)的有力競爭者之一。IEEE1394總線技術(shù)自帶能源線，具有更高的可靠性。同時，IEEE1394支持即插即用功能，具有高度的靈活性。每一條IEEE1394總線可最多連接數(shù)十個設(shè)備，便于實現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組成，擴展性強。此外，IEEE1394技術(shù)支持同一個外部設(shè)備供數(shù)臺處理器共享使用，而這是其他高速總線技術(shù)尚無法實現(xiàn)的。在實際應(yīng)用中，火線技術(shù)的供貨渠道較多，成本也較為低廉，但由于其拓撲結(jié)構(gòu)必須在特定距離范圍內(nèi)進行鋪設(shè)，具有一定的局限性。

3 SCI

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，未來航空電子系統(tǒng)將會由超級計算機和具有大容量存儲器的多個處理器等構(gòu)成。由于計算機處理速度的不斷提升，傳統(tǒng)總線技術(shù)已經(jīng)難以滿足計算機群大帶寬、低延遲的要求。而SCI協(xié)議采用緩沖器插入環(huán)技術(shù)，帶寬可高達8Gb/s。采用SCI協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸信號穩(wěn)定，抗干擾能力強；支持多對節(jié)點之間同時進行信息傳輸，通信效率高；拓撲鏈接靈活，可擴展性強。同其他環(huán)網(wǎng)相比，SCI環(huán)網(wǎng)的信息吞吐量明顯高了不少。從實驗測試結(jié)果來看，SCI協(xié)議可以滿足航空電子系統(tǒng)的基本互聯(lián)要求，并具備有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，但其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性仍然有待提高。

4 光纖通道

光纖通道（FC）的傳輸速率最高可達4Gb/s，并且支持主機到主機的網(wǎng)絡(luò)連接，能夠滿足未來航空電子高速數(shù)據(jù)總線高帶寬和低延遲的要求。由于采用了8B/10B的編碼方式，光纖通道的數(shù)據(jù)傳輸具有更高的可靠性。光纖通道可以通過點對點、交換和仲裁環(huán)路三種結(jié)構(gòu)進行拓撲。目前光纖通道技術(shù)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，其在航空電子系統(tǒng)領(lǐng)域的具體應(yīng)用也正在研究之中。

5 航天光纖數(shù)據(jù)總線

航天光纖數(shù)據(jù)總線（SFODB）是由NASA和美國國防部于1999年制定的。該標準采用了環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，可采用串行或者并行傳輸方式。雖然航天光纖數(shù)據(jù)總線是針對航天飛行器的應(yīng)用而制定的，但是由于其具有高容錯、高傳輸速率、低延時和長壽命等特點，也可用于未來航空電子系統(tǒng)。不過由于成本過高，航天光纖數(shù)據(jù)總線在航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了一些限制。

6 結(jié)語

隨著現(xiàn)代民航飛機的航空電子系統(tǒng)所需處理和傳輸?shù)男畔⒘咳找嬖鲩L，其對數(shù)據(jù)總線技術(shù)的傳輸速率提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的1553B總線和CAN總線等已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)的要求。而各種高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)的快速發(fā)展，也為未來航空電子系統(tǒng)的更新?lián)Q代提供了多種選擇。從目前的研究成果來看，IEEE1394和光纖通道等高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)各自具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)展前景可觀。為了縮小我國與國外在航空電子系統(tǒng)領(lǐng)域的差距，有必要積極加大對高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)的研發(fā)力度，提高我國的航空電子系統(tǒng)綜合化水平。

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