1394b總線在機電綜合管理系統設計中的應用

周前柏，趙 剛，李愛軍

（中國航空計算技術研究所，陜西西安，710065）

1394b總線在機電綜合管理系統設計中的應用

周前柏，趙 剛，李愛軍

（中國航空計算技術研究所，陜西西安，710065）

為從整體上提高整個機電系統的綜合控制與管理的能力，增大系統總線網絡的吞吐量、滿足機載多功能平臺檢測和控制的實時性指標要求，同時滿足安全/關鍵機電系統的可靠性和維修性。傳統的1553B總線網絡已不能滿足機電系統設計的需要。通過在機電綜合管理系統設計中采用1394b總線技術，不僅可以提高系統總線的傳輸率要求，同時也可以讓整個機電系統滿足一次故障工作，兩次故障安全的系統需求。

機電綜合管理系統(UMS)；1394b總線；1553B；故障安全

0 引言

目前廣泛應用于航空電子系統的1553B總線，在帶寬、傳輸速率方面已無法滿足日益增長的數據傳輸要求，其工作模式和通信速率限定了它只能是集中式控制分布式處理，資源共享只在信息鏈后端的控制環節，無法完成深度的功能綜合的目的。且隨著航空電子設備的增加，總線需要支持的終端數也在逐步遞增，需使用機載高速數據總線來滿足新一代綜合航電系統的需要。

基于SAE AS5643 總線協議的1394b總線是一套適合飛行器應用的高速、專用的總線協議，其所具有的高帶寬、確定性和可靠性等方面的優點可以滿足當前機載機電綜合管理系統對其內部數據總線的需求。1394b總線是目前較先進的航空電子網絡技術之一，它具有傳輸實時性、可靠性和確定性等特點，可滿足當前航空電子系統對于機載總線的需求。在國外，1394b總線已成功應用在F-35戰機、X-47無人機等機載系統中。

本文以高速高可靠總線網絡1394b為基礎，實現機電系統實現綜合控制與管理，可通過區域分布的遠程接口終端(RIU)管理機電系統的傳感器及附件，實現機電系統與動力、飛控、航電等系統的信息共享。從整體上提高整個機電系統的綜合控制與管理水平，有效的改善機電分系統的可靠性和維修性。

1 1394b總線與總線比較

機電綜合管理系統總線的選擇要充分考慮帶寬和通信的實時性。結合國內外飛機機電總線的應用，機電總線主要為1553B總線和1394b總線，針對這兩種總線進行比較，在總線拓撲結構、總線節點數量、傳輸速率、誤碼率、實時性等方面都有較大差別，其基本特性對比如表1所示。

表1 與1394b總線基本特性比較

由以上可以看出，與1553B總線相比，采用1394b總線具有比較靈活的組網方式、較高的數據傳輸量、更好的可靠性和傳輸實時性，因此，對于用于實時控制系統1394b總線為較優選擇。

2 機電綜合管理系統設計

基于1394b總線的機電綜合管理系統（UMS）是采用2臺機電管理核心處理機（EMCP）和4臺RIU的分布式容錯系統管理構型架構，EMCP采用雙余度配置、RIU也采用雙余度配置、UMS內部采用1394b總線，1394b總線的主要組成有：CC（EMCP）節點、RN（遠程節點）節點、MP（地面模式調試使用的系統維護設備）；1394b總線采用雙余度設計，每個余度通道可訪問管理所有節點機；每條1394b總線采用環形結和樹形結構，兩個EMCP余度通道之間使用交叉互聯結構的1394b鏈路，實現CCDL功能；每個RIU余度通道之間使用交叉互聯結構的1394b鏈路，實現CCDL功能；EMCP節點機提供地面模式調試使用的系統維護總線接口或飛行測試接口，接口協議采用1394b。每個EMCP通過機電總線和多層次的CCDL通信，可獲取系統所有的輸入和計算信息。

EMCP與飛控管理計算機（VMC）之間采用1553B總線相連，EMCP與RIU之間通過雙套1394b總線相連，RIU主要負責系統的輸入輸出，EMCP主要負責控制計算，整個系統結構滿足一次故障工作，兩次故障安全的系統需求。如果單臺節點機出現故障，其它節點機可以繼續管理和控制，分布式的控制和管理系統既可以兼顧到機電子系統的連接，又能夠達到系統容錯的目的。UMS系統結構圖如圖1所示所示。

圖1 采用1394b總線的UMS系統結構圖

UMS系統工作方式描述如下：在系統工作情況下，雙余度RIU同步采集機電子系統的信號，包括模擬量、離散量、數字量，將接收的信息通過1394b總線傳輸到EMCP，同時EMCP通過1553B接收VMC的信息及命令，EMCP根據輸入信息進行控制律計算及機電子系統的狀態監控，監控結果通過1553B總線傳輸到VMC，控制律計算結果通過1394b總線傳輸給RIU進行控制輸出，UMS系統的容錯設計描述如下。

（1）1394b總線切換方式

在系統中使用雙套1394b總線完成EMCP與RIU之間的信息交換，當一套1394b的接口故障時，系統轉到另外一套1394b總線工作，當本套1394b總線再次故障時，系統轉到安全模式控制，由 RIU進行安全控制，1394b總線設置滿足一次故障工作，兩次故障安全。

（2）1553B總線切換方式

在系統中使用雙套1553B總線（雙RT地址）與VMC進行信息交換，當一套1553B的RT故障時，系統轉到另外一套1553B總線工作，當本套1553B總線再次故障時，系統轉到安全模式控制（EMCP可通過其它總線與任務系統通信或轉本地安全控制），此安全工作方式可依據系統要求確定，1553B總線設置滿足一次故障工作，兩次故障安全。

（3）EMCP切換方式

EMCP采用雙余度配置，當一套EMCP故障時，轉到另一套EMCP工作，當EMCP再次故障時，EMCP由硬件指示故障轉入安全模式。

（4）RIU切換模式

每個RIU分別采用雙余度配置，根據機電子系統信號的余度配置連接到RIU的信號不同，有的連接到雙余度RIU，有的連接到單余度的RIU，當一個RIU故障時，針對雙余度信號轉到另一個RIU進行輸出控制，當RIU再次故障時，轉入安全模式控制；針對單余度信號，當RIU故障時，轉到安全模式控制。

（5）安全模式的控制

在某一部件都故障時，轉入安全模式控制，安全模式進入的條件：當兩個EMCP均故障；EMCP與RIU兩條通訊總線均故障；對于單余度輸出控制，當RIU故障時；對于雙余度輸出控制，當兩通道RIU均故障。

（6）安全值的設置

系統初始化時，輸出初始狀態；故障時，安全值取上拍值或固定狀態值。

3 機電總線1394b的工作方式

UMS總線以IEEE-1394b為基礎，執行SAE AS5643協議。SAE AS5643提供安全關鍵系統（例如航空）應用所需的魯棒性和確定性，提供自動環檢測和斷開功能，當總線上某節點失效時，環向其它節點提供了另外一條路徑，增強了冗余。使IEEE-1394b總線可以滿足航空總線等高可靠場合。

總線的數據傳輸主要使用異步流包來實現，采用“雙向單工”模式傳輸。發送位速率允許并支持S100（100Mbps）、S400（400Mbps）兩種模式，且傳輸速率模式可選擇，目前設計采用S100傳輸模式，端口為Beta模式。

機電總線采用時間驅動的工作方式，通過STOF包進行系統同步，節點以STOF包作為計時起點，在到達本節點的發送偏移時，將發送消息緩沖區的數據打包成協議規定的格式發送到總線上。

系統中使用兩套1394b總線完成EMCP與RIU之間的信息交換。兩套1394b總線同時工作。

4 結束語

由于1394b總線在傳輸速率、可靠性、實時性、擴展性和技術成熟度等方面的特點在航空航天領域得到了越來越廣泛的應用，本文基于1394b總線高速平臺的機電綜合管理系統設計方法，能夠適應現代飛機的發展要求，具有很高的實時性和可靠性，從整體上提高整個機電系統的綜合控制與管理水平，有效的改善機電分系統的可靠性和維修性。

[1]辛永利，田澤，楊峰．機載UMS系統二余度1394b總線網絡設計［J］．計算機技術與發展，1673－629X(2015)03－0197－05.

[2]SAE AS5706 test plan/procedure for AS5643/1 S400 copper media interface characteristics over extended distances[S].SAE International，2016.

[3]張杰．機載高速數據總線技術的應用研究[J]．電子測量技術，2016，39（6）：163-166．

Application of 1394b Bus in the Design of Electromechanical integrated Management System

Zhou Qianbai,Zhao Gang,Li Aijun
(China Aeronautics Computing Technique Research Institute，Xi’an Shaanxi,710065)

In order to improve the ability of comprehensive control and management of the whole airborne electromechanical system as a whole, increase the system bus network throughput and meet real-time airborne multi platform detection and control at the same time requirements ,and meet the safety/critical system reliability and maintainability .The traditional 1553B bus network can not meet the needs of electromechanical system design. Through the use of 1394b bus technology in electromechanical integrated management system design，not only can improve the transmission rate of the system bus, but also can make the electromechanical system meet a fault work, two fail-safe system requirements

UMS；1394b；1553B；Fail-safe。

周前柏（1984－），男，工程師，研究領域為機載嵌入式計算機應用技術,機電管理系統計算機設計。

航空科學基金資助項目(2016ZC31004)

趙剛(1963－)，男，研究員，主要研究領域為機電系統計算機技術、計算機容錯技術等。

李愛軍(1967－)，男，高工，主要機載機電系統綜合管理計算機系統設計。